Pequena mutação radicular pode fazer com que as culturas se fertilizem

Essa é a conclusão a que chegaram Kasper Røjkjær Andersen e Simona Radutoiu, professores de biologia molecular da Universidade de Aarhus.

A sua nova investigação destaca uma importante pista biológica que poderia ajudar a reduzir a forte dependência da agricultura de fertilizantes artificiais.

As plantas necessitam de nitrogênio para crescer, e a maioria das espécies agrícolas só consegue obtê-lo por meio de fertilizantes. Um pequeno grupo de plantas, incluindo ervilhas, trevo e feijão, pode crescer sem adição de nitrogênio. Eles fazem isso formando uma parceria com bactérias específicas que transformam o nitrogênio do ar em uma forma que a planta pode absorver.

Desvendando os segredos por trás da fixação natural de nitrogênio

Cientistas de todo o mundo estão a trabalhar para compreender a base genética e molecular desta capacidade natural de fixação de azoto. A esperança é que esta característica possa eventualmente ser introduzida em culturas importantes como o trigo, a cevada e o milho.

Se isso for alcançado, estas culturas poderão fornecer o seu próprio azoto. Esta mudança reduziria a necessidade de fertilizantes sintéticos, que atualmente representam cerca de dois por cento do consumo global de energia e produz emissões significativas de CO2.

Pesquisadores da Universidade de Aarhus identificaram agora pequenas alterações nos receptores nas plantas que fazem com que elas desliguem temporariamente suas defesas imunológicas e entrem em uma relação cooperativa com bactérias fixadoras de nitrogênio.

Como as plantas decidem entre defesa e cooperação

As plantas dependem de receptores da superfície celular para detectar sinais químicos de microorganismos no solo.

Algumas bactérias liberam compostos que alertam a planta de que são “inimigas”, estimulando uma ação defensiva. Outros sinalizam que são “amigos” capazes de fornecer nutrientes.

Leguminosas como ervilha, feijão e trevo permitem que bactérias especializadas entrem em suas raízes. Dentro desses tecidos radiculares, as bactérias convertem o nitrogênio da atmosfera e o compartilham com a planta. Esta parceria, conhecida como simbiose, é a razão pela qual as leguminosas podem crescer sem fertilizantes artificiais.

Os investigadores da Universidade de Aarhus descobriram que esta capacidade é fortemente influenciada por apenas dois aminoácidos, que actuam como pequenos “blocos de construção” dentro de uma proteína raiz.

“Esta é uma descoberta notável e importante”, diz Simona Radutoiu.

A proteína da raiz funciona como um “receptor” que lê os sinais das bactérias. Determina se a planta deve ativar seu sistema imunológico (alarme) ou aceitar a bactéria (simbiose).

A equipe identificou uma pequena região na proteína receptora que chamou de Determinante da Simbiose 1. Essa região funciona como um interruptor que controla qual mensagem interna a planta recebe.

Ao modificar apenas dois aminoácidos dentro deste interruptor, os investigadores alteraram um receptor que normalmente desencadeia a imunidade, de modo que, em vez disso, iniciou a simbiose com bactérias fixadoras de azoto.

“Mostramos que duas pequenas mudanças podem fazer com que as plantas alterem o seu comportamento num ponto crucial – desde rejeitar bactérias até cooperar com elas”, explica Radutoiu.

Expandindo o potencial para as principais culturas alimentares

Em experimentos de laboratório, os pesquisadores projetaram com sucesso essa mudança na planta Lótus japonicus. Eles então testaram o conceito na cevada e descobriram que o mecanismo também funcionava lá.

“É notável que agora sejamos capazes de pegar num receptor da cevada, fazer pequenas alterações nele e depois a fixação de azoto funcionar novamente”, diz Kasper Røjkjær Andersen.

O potencial a longo prazo é significativo. Se estas modificações puderem ser aplicadas a outros cereais, poderá, em última análise, ser possível produzir trigo, milho ou arroz capazes de fixar azoto por si próprios, de forma semelhante às leguminosas.

“Mas primeiro temos que encontrar as outras chaves essenciais”, observa Radutoiu.

“Atualmente, apenas muito poucas culturas conseguem realizar a simbiose. Se pudermos estender isso às culturas amplamente utilizadas, isso pode realmente fazer uma grande diferença na quantidade de nitrogênio que precisa ser usada.”