Uma equipe de cientistas liderada pelo Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia descobriu o gene específico que controla uma importante relação simbiótica entre plantas e fungos do solo e facilitou com sucesso a simbiose em uma planta que normalmente resiste a ela. A descoberta pode levar ao desenvolvimento de bioenergia e colheitas de alimentos que podem resistir a duras condições de crescimento, resistir a patógenos e pragas, exigir menos fertilizantes químicos e produzir plantas maiores e mais abundantes por hectare.
Nos últimos anos, os cientistas desenvolveram uma compreensão mais profunda da complexa relação que as plantas têm com os fungos micorrízicos. Quando se unem, os fungos formam uma bainha em torno das raízes das plantas com notáveis benefícios. A estrutura fúngica se estende para longe da planta hospedeira, aumentando a absorção de nutrientes e até se comunicando com outras plantas para “alertar” sobre a disseminação de patógenos e pragas. Em troca, as plantas fornecem carbono ao fungo, o que estimula seu crescimento.
Acredita-se que essas simbioses micorrizas tenham apoiado a antiga colonização da terra por plantas, permitindo ecossistemas bem-sucedidos, como vastas florestas e pradarias. Estima-se que 80% das espécies de plantas tenham fungos micorrízicos associados às suas raízes.
“Se pudermos entender o mecanismo molecular que controla a relação entre as plantas e os fungos benéficos, podemos começar a usar essa simbiose para adquirir condições específicas nas plantas, como resistência à seca, patógenos, melhoria na absorção de nitrogênio e nutrição e muito mais”, disse ORNL geneticista molecular Jessy Labbe. “As plantas resultantes cresceriam e precisariam de menos água e fertilizante, por exemplo.”
Encontrar os gatilhos genéticos em uma planta que permitem que a simbiose ocorra tem sido um dos tópicos mais desafiadores no campo vegetal. A descoberta,
descrita em Nature Plants , surgiu após 10 anos de pesquisa no ORNL e em instituições parceiras explorando maneiras de produzir melhores culturas de matéria-prima para bioenergia, como
Populus , ou o choupo. O trabalho foi realizado por melhorias na última década em sequenciamento genômico, genética quantitativa e computação de alto desempenho, combinadas com biologia experimental.
Os cientistas estavam estudando a simbiose formada por certas espécies de
Populus e o fungo
Laccaria bicolor (L. bicolor) . A equipe usou recursos de supercomputação no Oak Ridge Leadership Computing Facility, uma instalação do usuário do DOE Office of Science no ORNL, juntamente com sequências genômicas produzidas no DOE Joint Genome Institute, uma instalação do usuário do DOE Office of Science no Lawrence Berkeley National Laboratory, para restringir reduz a busca por uma proteína receptora específica, PtLecRLK1. Depois de identificar o provável gene candidato, os pesquisadores foram ao laboratório para validar suas descobertas.
Os pesquisadores escolheram
Arabidopsis , planta que tradicionalmente não interage com o fungo
L. bicolor , e ainda considera uma ameaça, por seus experimentos. Eles criaram uma versão modificada da planta que expressa a proteína PtLecRLK1 e, em seguida, inocularam as plantas com o fungo. O fungo
L. bicolor envolveu completamente as pontas das raízes da planta, formando uma bainha fúngica indicativa da formação de simbiontes.
“Mostramos que podemos converter um não-hospedeiro em um hospedeiro desse simbionte”, disse Wellington Muchero, geneticista quantitativo do ORNL. “Se pudermos fazer
Arabidopsis interagir com este fungo, então acreditamos que podemos fazer outras culturas de biocombustíveis, como switchgrass, ou culturas alimentares, como o milho, também interagir e conferir exatamente os mesmos benefícios. Ele abre todos os tipos de oportunidades em diversos sistemas de plantas. Surpreendentemente, um gene é tudo que você precisa.”
“Esta é uma conquista notável que pode levar ao desenvolvimento de culturas de bioenergia com a capacidade de sobreviver e prosperar em terras marginais e não agrícolas”, disse o diretor do CBI, Jerry Tuskan. “Poderíamos atingir de 20 a 40 milhões de acres de terra marginal com culturas resistentes de bioenergia que precisam de menos água, aumentando as perspectivas de sucesso rural, economias de base biológica que fornecem alternativas sustentáveis para gasolina e matérias-primas industriais.”
