A Revolução Holobionte: como o trigo está a tornar-se mais resistente ao clima através do melhoramento de plantas baseado na natureza e da aprendizagem automática
Foco na interação entre o microbioma e as plantas
Os fertilizantes azotados utilizados na agricultura contribuem significativamente para o aquecimento global. Um novo conceito de melhoramento, especificamente para o trigo, poderá ajudar a reduzir a fertilização com azoto. Este princípio holobionte coloca as interações complexas entre as plantas e os microbiomas do solo no centro do melhoramento das plantas. Em combinação com a aprendizagem automática, este princípio poderá conduzir à utilização de novas variedades de trigo, bem como de outras culturas, que sejam mais resistentes às alterações climáticas e contribuam para a saúde do solo. Dois estudos recentes liderados por Wolfram Weckwerth, da Universidade de Viena, foram publicados nas revistas Plant Biotechnology e Trends in Plant Science.
Para aumentar a oferta de alimentos para consumo humano e animal, a agricultura intensificada tem dependido cada vez mais de fertilizantes azotados (N). No entanto, mais de metade do azoto aplicado anualmente nas terras de cultivo acaba por se perder no ar e na água. Estas perdas conduzem a problemas graves, incluindo a poluição do ar e da água, a acidificação dos solos, as alterações climáticas, a destruição da camada de ozono estratosférica e a perda de biodiversidade. Consequentemente, a redução das perdas de azoto das terras agrícolas poderia aumentar os rendimentos económicos através da diminuição das necessidades de fertilizantes, melhorar a saúde humana e os serviços ecossistémicos e contribuir para a atenuação das alterações climáticas.
O conceito de holobionte: considerar as plantas e os micróbios como uma unidade
Wolfram Weckwerth sublinha que a melhoria da resiliência e do rendimento das culturas de forma sustentável não deve centrar-se apenas nas plantas, mas também no microbioma que envolve as suas raízes e folhas. Os microbiomas do solo também oferecem oportunidades para melhorar a fertilidade do solo e reduzir a dependência de fertilizantes sintéticos. Ele observa: "A evolução das plantas é largamente impulsionada pelas interações planta-micróbio, mas a ecologia do holobionte das plantas não é bem compreendida a nível molecular. No entanto, estas relações têm enormes benefícios para a agricultura sustentável. Por conseguinte, é crucial identificar variedades de plantas que produzam inibidores naturais da nitrificação, também conhecidos como inibidores biológicos da nitrificação (BNIs), que são exsudados pelas raízes no solo".
O trigo como forma natural de abrandar a perda de azoto
Num estudo recente, a equipa internacional investigou o potencial de várias cultivares de trigo para produzir BNIs que ajudam a controlar os processos de nitrificação do solo. Encontraram uma variação natural pronunciada da atividade BNI em diferentes linhas de trigo de elite.
"A nossa análise dos exsudados radiculares, compostos complicados libertados do sistema radicular, mostra uma variação substancial entre as cultivares de trigo", explica Arindam Ghatak, primeiro autor do estudo. "Estes exsudados promovem ou inibem composições específicas do microbioma e permitem a seleção de estirpes com uma atividade BNI particularmente elevada". Ao cultivar estas linhas activas do BNI, os agricultores poderão reduzir significativamente a necessidade de fertilizantes azotados no futuro. Trata-se de um passo importante para atenuar a perturbação do ciclo global do azoto causada pela utilização excessiva de fertilizantes antropogénicos.
Cultivo de plantas baseado em dados para um futuro sustentável
Para utilizar eficazmente esta solução baseada na natureza, uma equipa internacional de cientistas em torno de Wolfram Weckwerth, do Laboratório de Biologia de Sistemas Moleculares (MOSYS) e do Laboratório de Biologia de Archaea e Ecogenómica da Universidade de Viena, desenvolveu um novo conceito de reprodução. Com o apoio de instituições parceiras na Grécia, Austrália, Índia, Japão, Canadá, EUA e México, a equipa coloca o conceito de holobionte no centro do melhoramento moderno das plantas, centrando-se nas interações complexas entre as plantas e os microbiomas do solo. Através de uma abordagem inovadora baseada em dados, a genética das plantas, os estudos do microbioma e a PANOMICS são integrados para gerar dados de elevado rendimento.
"Em combinação com algoritmos de aprendizagem automática, isto abre uma plataforma de melhoramento promissora para desenvolver novas variedades de culturas com elevado potencial BNI, maior resistência às alterações climáticas e melhor saúde do solo", explica Weckwerth. O conceito de holobionte marca, assim, uma mudança de paradigma: combina ecologia, biologia de sistemas e tecnologia de melhoramento, realçando a interligação dos ecossistemas e abrindo novas vias para uma agricultura eficiente em termos de recursos e resistente ao clima.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Wolfram Weckwerth, Palak Chaturvedi, Arindam Ghatak, Melina Kerou, Vanika Garg, Abhishek Bohra, Guntur V. Subbarao, Lisa Stein, Christa Schleper, Rajeev K. Varshney, Sieglinde Snapp; "Natural variation of the holobiont for sustainable agroecosystems"; Trends in Plant Science, 2025
Arindam Ghatak, Alexandros E. Kanellopoulos, Cristina López-Hidalgo, Andrea Malits, Yuhang Meng, Florian Schindler, Shuang Zhang, Jiahang ... Evangelia S. Papadopoulou, Palak Chaturvedi, Wolfram Weckwerth: Natural variation of the wheat root exudate metabolome and its influence on biological nitrification inhibition activity. In Plant Biotechnology Journal, 2025.
Outras notícias do departamento ciência
