Descoberta: Trigo que produz o seu próprio fertilizante
A solução bacteriana visa reduzir a poluição e os agricultores poderão poupar milhares de milhões
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Cientistas da Universidade da Califórnia, em Davis, desenvolveram plantas de trigo que estimulam a produção do seu próprio fertilizante, abrindo caminho para uma menor poluição do ar e da água em todo o mundo e para custos mais baixos para os agricultores.
A tecnologia foi desenvolvida por uma equipa liderada por Eduardo Blumwald, um ilustre professor do Departamento de Ciências Vegetais. A equipa utilizou a ferramenta de edição de genes CRISPR para fazer com que as plantas de trigo produzissem mais de uma das suas próprias substâncias químicas naturais. Quando a planta liberta o excesso de produto químico no solo, este ajuda certas bactérias do solo a converter o azoto do ar numa forma que as plantas vizinhas podem utilizar para crescer. Este processo de conversão é designado por fixação de azoto. O estudo foi publicado em linha no Plant Biotechnology Journal.
Nos países em desenvolvimento, a descoberta pode ser uma bênção para a segurança alimentar.
"Em África, as pessoas não usam fertilizantes porque não têm dinheiro e as explorações agrícolas são pequenas, não ultrapassando os seis a oito acres", disse Blumwald. "Imaginem que estão a plantar culturas que estimulam as bactérias no solo a criar o fertilizante de que as culturas necessitam, naturalmente. Uau! É uma grande diferença!"
A descoberta no trigo baseia-se no trabalho anterior da equipa no arroz. Estão também em curso investigações para alargar esta tecnologia a outros cereais.
Em todo o mundo, o trigo é a segunda cultura de cereais em termos de rendimento e é a que consome a maior parte dos fertilizantes azotados, utilizando cerca de 18% do total. Globalmente, só em 2020, foram produzidas mais de 800 milhões de toneladas de fertilizantes, de acordo com dados da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura.
Mas as plantas absorvem apenas cerca de 30 a 50% do azoto dos fertilizantes. A maior parte do azoto que não utilizam flui para os cursos de água, o que pode criar "zonas mortas" com falta de oxigénio, sufocando os peixes e outros seres aquáticos. Algum excesso de azoto no solo produz óxido nitroso, um gás potente que aquece o clima.
A solução: Proteger o fixador
As bactérias fixadoras de nitrogénio produzem uma enzima chamada nitrogenase, o "fixador" na fixação do nitrogénio. A nitrogenase está localizada apenas nas bactérias e só pode funcionar em ambientes com muito pouco oxigénio.
As leguminosas, como o feijão e a ervilha, têm estruturas radiculares, chamadas nódulos, que proporcionam um ambiente acolhedor e com pouco oxigénio para as bactérias fixadoras de azoto viverem.
Ao contrário das leguminosas, o trigo e a maioria das outras plantas não têm nódulos radiculares. É por isso que os agricultores utilizam fertilizantes com azoto.
"Durante décadas, os cientistas tentaram desenvolver culturas de cereais que produzissem nódulos radiculares activos ou colonizar os cereais com bactérias fixadoras de azoto, sem grande sucesso. Utilizámos uma abordagem diferente", disse Blumwald. "Dissemos que a localização das bactérias fixadoras de azoto não é importante, desde que o azoto fixado chegue à planta e esta o possa utilizar."
Para encontrar uma solução, a equipa começou por analisar 2800 substâncias químicas que as plantas produzem naturalmente. Encontraram 20 que, entre outras funções úteis para a planta, também estimulam as bactérias a produzir biofilmes. Os biofilmes são uma camada pegajosa que envolve as bactérias e cria um ambiente de baixo oxigénio, permitindo que a nitrogenase funcione. Os cientistas determinaram como a planta produz esses químicos e quais os genes que controlam esse processo.
Depois, a equipa utilizou a ferramenta de edição de genes CRISPR para modificar as plantas de trigo de modo a produzirem mais de um desses químicos, uma flavona chamada apigenina. O trigo, agora com mais apigenina do que necessita, liberta o excesso através das suas raízes para o solo. Nas experiências que realizaram, a apigenina do trigo estimulou as bactérias do solo a criarem biofilmes protectores, permitindo que a nitrogenase fixasse o azoto e que as plantas de trigo o assimilassem.
O trigo também apresentou um rendimento superior ao das plantas de controlo quando cultivado numa concentração muito baixa de fertilizante azotado.
Os agricultores podem poupar milhares de milhões
Os agricultores dos Estados Unidos gastaram quase 36 mil milhões de dólares em fertilizantes em 2023, de acordo com estimativas do Departamento de Agricultura dos EUA. Blumwald calcula que quase 500 milhões de acres nos EUA são plantados com cereais.
"Imagine se pudesse poupar 10% da quantidade de fertilizante que está a ser utilizada nessa terra", ponderou. "Estou a fazer um cálculo conservador: Isso deve representar uma poupança de mais de mil milhões de dólares por ano."
Outros autores incluem Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank e Eiji Nambara.
A Universidade da Califórnia apresentou um pedido de patente, que se encontra pendente. A Bayer Crop Science e a UC Davis Will Lester Endowment apoiaram a investigação.
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
Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank, Eiji Nambara, Eduardo Blumwald; "Increased Apigenin in
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