Plantas pesadas como a maconha, buva, e cheatgrass abriram caminho para as plantações e pastagens em todo o mundo. Com sua presença prolífica e de rápido crescimento, ervas daninhas muitas vezes fazem com que as safras cresçam altas e finas, levando a um baixo rendimento da colheita. Horseweed, por exemplo, demonstrou reduzir a produtividade da soja em 83 por cento.
Os herbicidas podem ajudar a combater o problema, mas uma resistência crescente aos produtos químicos está tornando o manejo de ervas daninhas cada vez mais difícil.
Ian Heap é um cientista de ervas daninhas que administra weedscience.org, um site que monitora a resistência a herbicidas em todo o mundo. Mais de 400 cientistas fornecem dados da Heap sobre quais ervas daninhas se tornaram imunes aos herbicidas.
“O agricultor está ficando sem opções, ”Diz Heap,
É por isso que alguns cientistas começaram a pensar menor. Microscópico, até.
Nos últimos dez anos, algumas dezenas de cientistas recorreram à genômica para entender por que algumas ervas daninhas desenvolveram resistência a herbicidas ou se tornaram mais invasivas.
Nos últimos dez anos, algumas dezenas de cientistas recorreram à genômica para entender por que algumas ervas daninhas desenvolveram resistência a herbicidas ou se tornaram mais invasivas. O tempo do Genomics no centro das atenções deve-se em grande parte ao burburinho da mídia em torno do Projeto Genoma Humano, um grande esforço internacional dedicado a desvendar os segredos do DNA humano. Mas as plantas têm genomas, também.
Simplificando, um genoma é o projeto para a linhagem de um organismo - as características passadas de pai para filho. Geralmente é codificado no DNA. Usando diferentes técnicas de sequenciamento de DNA, alguns mapearam parcial ou totalmente vários genomas de ervas daninhas de cultivo. E embora o empreendimento caro não possa oferecer respostas imediatas para os problemas que os agricultores enfrentam no campo, pode fornecer dados para fazer herbicidas mais eficazes no futuro.
Waterhemp é uma erva daninha que causa problemas consideráveis para os agricultores do Meio-Oeste. Nativo das áreas pantanosas de Illinois e Missouri, o alto, erva daninha vertical com flores discretas encontrou um novo lar na soja e nos campos de milho da região. Vinte anos atrás, a maioria das pessoas em Illinois "nunca tinha ouvido falar de cânhamo d'água, ”Diz Patrick Tranel, um cientista de plantas daninhas da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. "Agora, é a pior erva daninha. ”
Waterhemp produz milhões de sementes e germina várias vezes em uma estação de cultivo. Isso deu a ele uma diversidade genética notável. Ele tem uma habilidade rápida e astuta de se adaptar ao ambiente, e até desenvolveu uma resistência ao ingrediente ativo - glifosato - no herbicida Roundup da Monsanto. “Você não pode pulverizar seu campo uma vez e resolver o problema da maconha. Da próxima vez que chover, mais surgirá, ”Diz Tranel.
Uma captura de tela de weedscience.org.
Em 2009, O laboratório de Tranel sequenciou aleatoriamente o genoma de waterhemp para procurar genes que possam estar envolvidos na resistência a herbicidas - o que significa que eles sequenciaram apenas partes do genoma, ao invés de tudo. Mapear todo o genoma foi (e é) muito caro, mas a abordagem shotgun deu uma visão suficiente sobre a composição genética da waterhemp para testar mutações específicas que anulam os efeitos do glifosato e de outros herbicidas. Embora Tranel gostaria de mapear todo o genoma de waterhemp, a falta de financiamento disponível e de técnicas de sequenciamento de DNA acessíveis tornam sua execução difícil.
A resistência ao glifosato não é exclusiva da maconha; quase 30 espécies de ervas daninhas em todo o mundo não respondem mais ao Roundup. Embora apenas um punhado de ervas daninhas causem sérios danos aos agricultores, compreender quais genes são responsáveis por essa adaptação evolutiva é fundamental para o manejo futuro de ervas daninhas.
Neal Stewart percebeu isso cedo, e quando a buva resistente ao glifosato chegou ao Tennessee em 2002, seu interesse foi despertado. Em 2005, o laboratório do cientista de plantas da Universidade do Tennessee começou a codificar o genoma da horseweed. Ao longo dos anos, muito do financiamento de Stewart veio da Monsanto, juntamente com o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) e o Tennessee Soybean Promotion Board.
A Horseweed será a primeira erva daninha de cultura a ter todo o seu genoma sequenciado, com Stewart esperando publicar seus resultados ainda este ano.
Os agricultores usam o Roundup em milhões de hectares de terras agrícolas nos Estados Unidos e no mundo, seu alcance ultrapassa de longe qualquer outro herbicida usado com freqüência. Embora o laboratório de Stewart esteja conduzindo o trabalho, cientistas em todos os lugares, incluindo aqueles em Monsanto, terá acesso às informações genéticas quando forem divulgadas ao público.
“Ao estudar os mecanismos de resistência, esperamos entender esses tipos de fraquezas para o benefício dos agricultores, ”Diz Doug Sammons, um químico da Monsanto que tem parceria com Stewart nos últimos dez anos. As informações genômicas da horseweed provavelmente ajudarão a determinar os melhores métodos para manejar a erva daninha, em vez de apenas novas descobertas de herbicidas.
Embora o mapeamento de genomas de ervas daninhas ajude os cientistas a aprender mais sobre a resistência a herbicidas, nem todas as ervas daninhas são boas candidatas para o sequenciamento. Algum, como cheatgrass, tem uma grande quantidade de genes em seu genoma, tornando o mapeamento simplesmente muito caro devido à tecnologia atual.
'Milho, humanos, e cheatgrass têm genomas quase do mesmo tamanho, 'Diz Craig Coleman, um cientista de ervas daninhas na Universidade Brigham Young. _ Então, é muito complexo. _
"Milho, humanos, e cheatgrass têm genomas quase do mesmo tamanho, ”Diz Craig Coleman, um cientista de ervas daninhas na Universidade Brigham Young em Provo, Utah, que estuda a erva daninha há mais de dez anos. “Portanto, é muito complexo.”
A erva daninha de pastagem causa estragos específicos nos estados ocidentais como Idaho, Utah, Nevada, Colorado, Arizona e Novo México, e é uma importante fonte de combustível para incêndios em pastagens. Ainda, sequenciar o genoma do cheatgrass “nunca passou pela minha cabeça”, diz Coleman.
Em vez de, Coleman e seus colaboradores do Serviço Florestal do USDA mapearam o genoma de um fungo que eles chamam de “Os Dedos Negros da Morte, ”Para as cordas pretas do patógeno que engolfam e destroem sementes de cheatgrass, mas não afeta outras culturas. As informações genéticas dos fungos ajudaram os cientistas a identificar certos genes que podem produzir toxinas que matam sementes.
Mas a genômica não é uma pílula mágica. Mesmo se soubéssemos as informações genéticas sobre cada erva daninha que conhecemos agora, não resolveria o problema. Adaptável por natureza, novas ervas daninhas, como a crosta de água, surgirão. Os agricultores precisam usar recursos como o site da Heap, avanços genéticos e técnicas tradicionais de manejo de ervas daninhas, como preparo do solo e até mesmo remoção manual de ervas daninhas para combater as pragas.
Por enquanto, os cientistas estão esperando ansiosamente mais baratos, tecnologia aprimorada de sequenciamento de DNA para ajudar a promover seus projetos.
“O USDA está definitivamente interessado na genômica de ervas daninhas, ”Diz David Horvath, um cientista de plantas de pesquisa com a organização. Em seu radar está a tecnologia da Pacific Biosystems e Oxford Nanopore Technology, ambas as empresas que produzem tecnologia que poderia tornar o trabalho de sequenciamento mais fácil e preciso.
Enquanto isso, os agricultores ficam com os herbicidas atuais.
“Ervas daninhas são plantas selvagens, eles não são plantas de laboratório, ”Diz Horvath. Então, “eles são apenas mais difíceis de trabalhar”.
O sonho? Esse trabalho feito por seu laboratório e outros cientistas ajudará as empresas químicas a desenvolver herbicidas que têm como alvo genes específicos, semelhante ao desenvolvimento de medicamentos de grife na indústria farmacêutica.
“Essa é a nossa esperança a longo prazo, ”Diz Horvath.
(Crédito da foto:usuário do Flickr Robb Hannawacker / CC2.0)
