Ajudando as plantas a bombear ferro

Ajudando as plantas a bombear ferro

Os pesquisadores da Salk identificam variantes genéticas que ajudam as plantas a crescer em ambientes com baixo teor de ferro, o que pode melhorar o rendimento das colheitas

LA JOLLA—Assim como as pessoas, as plantas precisam de ferro para crescer e se manter saudáveis. Mas algumas plantas são melhores em obter esse nutriente essencial do solo do que outras. Agora, um estudo liderado por um pesquisador do Salk Institute descobriu que as variantes de um único gene podem determinar em grande parte a capacidade de uma planta de prosperar em ambientes onde o ferro é escasso.

A obra, que aparece em Natureza das Comunicações em 24 de maio de 2017, pode levar a melhores colheitas para os agricultores e fontes dietéticas mais ricas de ferro para animais e humanos.

“Quase toda a vida na Terra é baseada em plantas – os animais comem plantas e nós comemos animais ou plantas”, diz Wolfgang Busch, professor associado do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk e autor sênior do novo artigo. “É muito importante para nós entender como as plantas resolvem o problema de obtenção de ferro porque, embora seja geralmente abundante na Terra, a forma que as plantas podem usar é realmente escassa.”

O trabalho atual, liderado por Busch e incluindo pesquisadores da Áustria Instituto Gregor Mendel de Biologia Molecular de Plantas (onde Busch estava anteriormente baseado) focado na erva daninha bem estudada Arabidopsis thaliana, um parente de repolho e mostarda. Eles obtiveram Arabidopsis sementes de cepas que ocorrem naturalmente em toda a Suécia, que tem uma variedade de solos, incluindo alguns com muito baixo teor de ferro. A equipe estava particularmente interessada em cepas que se adaptaram a solos com baixo teor de ferro e podem desenvolver raízes longas (um marcador de saúde) mesmo nessas condições precárias.

Os pesquisadores cultivaram as sementes em condições de baixo teor de ferro, medindo o crescimento de suas raízes ao longo do caminho. Eles então empregaram um método de ponta chamado Genome Wide Association Study (GWAS), que associa genes a uma característica de interesse – neste caso, o comprimento da raiz. Um gene chamado FRO2 se destacou por ter uma forte ligação com o comprimento da raiz. Diferentes versões do FRO2 gene (“variantes”) caiu em dois grupos, aqueles que foram associados a uma raiz curta e aqueles que foram associados a uma raiz longa.

Para saber se as variantes de FRO2 estavam realmente causando a diferença (ao invés de simplesmente estarem associados a ela), a equipe plantou sementes cujas FRO2 gene foi desativado. Todas as plantas em que o FRO2 gene havia sido desativado agora tinha raízes atrofiadas. A equipe então colocou uma ou outra variante do gene de volta e novamente cultivou as plantas em condições de baixo teor de ferro. Variantes para raízes longas cresceram melhor do que variantes para raízes curtas. Juntos, os experimentos mostraram que, de fato, variantes genéticas que conferem maior atividade do FRO2 O gene pode ser amplamente responsável pelo crescimento das raízes e pela saúde das plantas em condições de baixo teor de ferro. (Em condições normais, FRO2 não está ativado.)

“Pensamos que usando um conjunto geograficamente restrito de Arabidopsis thaliana cepas, poderíamos abordar as adaptações locais das plantas com relação ao crescimento da raiz sob deficiência de ferro - e nós o fizemos ”, diz Santosh Satbhai, pesquisador associado da Salk e primeiro autor do artigo. “Esperamos que a comunidade agrícola possa se beneficiar dessas informações.”

O processo de FRO2 gene é comum a todas as plantas, portanto, aumentar sua expressão em culturas alimentares ou encontrar variantes que prosperam em solos pobres pode ser importante para aumentar o rendimento das culturas em face do crescimento populacional e das ameaças do aquecimento global às terras aráveis.

“Pelo menos dois bilhões de pessoas em todo o mundo sofrem atualmente de desnutrição de ferro. Qualquer coisa que pudermos fazer para melhorar o teor de ferro das plantas ajudará muitas pessoas”, acrescenta Busch.

Outros autores incluem Claudia Setzer, Florentina Freynschlag, Radka Slovak e Envel Kerdaffrec do Instituto Gregor Mendel.

A obra foi financiada pela Academia Austríaca de Ciências através do Instituto Gregor Mendel (GMI) e um Fundo de ciência austríaco (FWF) projeto autônomo (P27163-B22).