Cientistas criam trigo que requer menos fertilizante químico

Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Davis criaram uma variedade de trigo que promove a produção natural de fertilizante no solo. A planta estimula bactérias a fixarem nitrogênio atmosférico, suprindo a demanda nutricional do cultivo mesmo com aplicação mínima de fertilizante químico.

A inovação usa edição genética via CRISPR para aumentar a produção de apigenina, um flavonoide natural do trigo. Quando liberado pelas raízes, o composto ativa microrganismos capazes de formar biofilmes no solo.

Esses biofilmes criam um ambiente com baixo teor de oxigênio, condição ideal para que a enzima nitrogenase transforme o nitrogênio do ar em amônia, forma assimilável pelas plantas.

Redução de custos

O projeto, liderado pelo professor Eduardo Blumwald, mostra que a variedade editada produziu maior rendimento de grãos mesmo sob condições de fertilização reduzida. A nova tecnologia pode reduzir os custos com insumos e mitigar os impactos ambientais associados ao uso excessivo de fertilizantes nitrogenados.

Nos Estados Unidos, agricultores gastaram quase US$ 36 bilhões em fertilizantes apenas em 2023. Segundo Blumwald, se os produtores economizarem 10% desse total, o impacto econômico superaria US$ 1 bilhão ao ano.

Além do potencial econômico, o trigo editado representa um avanço ambiental. Apenas 30% a 50% do nitrogênio aplicado em fertilizantes é absorvido pelas plantas. O restante se perde em cursos d’água e se transforma em óxidos de nitrogênio, gases que agravam o aquecimento global e a poluição de lagos e rios.

Funcionamento da tecnologia

O sucesso do trigo depende da apigenina. A substância, ao ser secretada pelas raízes, estimula bactérias do solo -- como Azospirillum brasilense -- a formarem biofilmes aderentes às raízes. Dentro desses biofilmes, a enzima nitrogenase trabalha sem ser inativada pelo oxigênio.

O grupo usou uma estratégia inédita. Em vez de tentar formar nódulos fixadores como nas leguminosas, os cientistas identificaram compostos naturais do trigo que poderiam induzir a ação bacteriana desejada.

Após analisar 2.800 substâncias produzidas naturalmente pela planta, 20 compostos apresentaram capacidade de induzir biofilmes. A equipe escolheu a apigenina por sua eficácia e viabilidade para manipulação genética.

A edição genética bloqueou genes da família CYP75B4 responsáveis pela conversão da apigenina em outros compostos, aumentando assim a concentração da molécula nas raízes e no solo.

Resultados em campo

Em testes conduzidos com níveis reduzidos de nitrogênio (50% e 30% da dose convencional), os trigos editados apresentaram rendimento 72% a 100% superior ao de plantas não modificadas. O número de espigas e a produção de grãos por planta foram maiores, mesmo sob estresse nutricional.

Análises da microbiota do solo mostraram alterações significativas nas populações bacterianas associadas às raízes. As plantas editadas recrutaram maior proporção de bactérias fixadoras de nitrogênio, especialmente na rizoplana e no interior das raízes. Isso foi confirmado por análises genéticas (quantificação do gene nifH) e testes de assimilação de nitrogênio atmosférico.

Além disso, as plantas modificadas exibiram teores mais altos de clorofila e nitrogênio nos tecidos vegetais, indicando maior eficiência na assimilação do nutriente.

A universidade já solicitou a patente da tecnologia. A pesquisa recebeu apoio da Bayer Crop Science e da Will W. Lester Endowment.

Outras informações em doi.org/10.1111/pbi.70289