Em estudo liderado pela Universidade de Bonn, cientistas internacionais desvendaram como a composição genética das plantas influencia diretamente a formação de comunidades microbianas ao redor de suas raízes. A descoberta pode revolucionar as práticas de cultivo agrícola, especialmente em tempos de mudanças climáticas e escassez de recursos. Publicada na revista Nature Plants, a pesquisa destaca o potencial de desenvolvimento de variedades de milho mais resilientes a condições adversas, como secas e déficits nutricionais.
Tradicionalmente, acreditava-se que a microbiota – o conjunto total de microrganismos presentes em um ambiente específico – ao redor das raízes das plantas era formada principalmente pelas características do solo, como seu tipo e pH. No entanto, o estudo atual demonstra que o genoma das próprias plantas desempenha um papel significativo na seleção dos microrganismos que se agregam às suas raízes.
Segundo Peng Yu, líder do grupo de pesquisa "Root Functional Biology" na Universidade de Bonn, as interações entre as raízes das plantas e os microrganismos adjacentes são essenciais para a absorção de água e nutrientes, bem como para a proteção contra organismos nocivos.
A equipe de pesquisa descobriu que variedades de milho com composições genéticas distintas hospedam comunidades microbianas diferentes, que por sua vez influenciam a capacidade das plantas de resistir a estresses ambientais, como falta de água ou nutrientes.
O estudo analisou 129 variedades de milho, adaptadas a diferentes condições ambientais, desde as regiões altas e frias até as baixas e quentes da América do Sul. Esta diversidade genética permitiu aos pesquisadores investigar como variações específicas no DNA das plantas afetam a composição do microbioma radicular. Notavelmente, sob condições de estresse, como a falta de nutrientes, certos genes do milho mostraram ser capazes de interagir com microrganismos específicos para melhorar a resiliência da planta.
Um dos achados mais significativos foi o papel das bactérias do gênero Massilia. Em condições de deficiência de nitrogênio, essas bactérias acumulam-se em torno das raízes do milho, estimulando o crescimento de raízes laterais, o que aumenta significativamente a absorção de água e nutrientes pela planta. Os pesquisadores descobriram que as raízes atraem as bactérias Massilia através da produção de flavonas, metabólitos secundários que promovem o crescimento das raízes laterais com a ajuda dessas bactérias.
O estudo não apenas fornece ideias sobre a interação planta-micróbio, mas também abre caminho para a criação de variedades de milho otimizadas para condições de escassez de água e nutrientes. Utilizando dados genômicos e microbiômicos, os cientistas esperam poder prever a produtividade das plantas e desenvolver cultivos mais adaptados aos desafios impostos pelas mudanças climáticas e pela limitação de recursos como o fósforo.
"As interações benéficas com microrganismos são fundamentais para o desempenho e a resiliência das culturas. No entanto, ainda não está claro até que ponto o microbioma é hereditário em relação ao genótipo da planta hospedeira e até que ponto os mecanismos genéticos do hospedeiro podem modular as interações planta-microbiota face aos estresses ambientais. Aqui pesquisamos 3.168 amostras de microbioma de raízes e rizosfera de 129 acessos de Zea adaptados localmente, provenientes de diversos habitats e cultivados sob controle e diferentes condições de estresse. Quantificamos o tratamento do estresse e os efeitos do genótipo do hospedeiro no microbioma.
O genótipo da planta e o ambiente de origem foram preditivos da abundância do microbioma. A análise de associação em todo o genoma identificou variantes genéticas do hospedeiro ligadas à abundância do microbioma da rizosfera e ao ambiente de origem. Identificamos inserções de transposons em um gene candidato ligado tanto à abundância de uma bactéria fundamental Massilia em nossos experimentos controlados quanto ao nitrogênio total do solo no ambiente de origem. O isolamento e a inoculação controlada de Massilia por si só podem contribuir para o desenvolvimento das raízes, a produção de biomassa da planta inteira e a adaptação à baixa disponibilidade de azoto.
Concluímos que as variedades de milho adaptadas localmente exercem padrões de controle genético em seus microbiomas de raízes e rizosfera que seguem a variação em seus ambientes domésticos, consistente com um papel na tolerância ao estresse predominante."
O artigo foi publicado por Xiaoming He, Danning Wang, Yong Jiang, Meng Li, Manuel Delgado-Baquerizo, Chloee McLaughlin, Caroline Marcon, Li Guo, Marcel Baer, Yudelsy A. T. Moya, Nicolaus von Wirén, Marion Deichmann, Gabriel Schaaf, Hans-Peter Piepho, Zhikai Yang, Jinliang Yang, Bunlong Yim, Kornelia Smalla, Sofie Goormachtig, Franciska T. de Vries, Hubert Hüging, Mareike Baer, Ruairidh J. H. Sawers, Jochen C. Reif, Frank Hochholdinger, Xinping Chen e Peng Yu.
Mais informações em doi.org/10.1038/s41477-024-01654-7
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