Cientistas descobrem fenótipo que protege milho da seca

Pesquisadores identificaram conjunto de características em milho associado à maior adaptação à seca. O estudo relacionou o comprimento dos elementos de vaso do metaxilema com raízes mais profundas, maior transporte de água, maior captura hídrica e melhor rendimento sob déficit hídrico. A equipe chamou esse conjunto de “fenótipo stretch” (DOI 10.1002/csc2.70287).

A pesquisa avaliou milho por meio de modelagem computacional, ensaios em ambiente controlado e estudos de campo sob deficiência hídrica. Os cientistas observaram variação genotípica no comprimento dos elementos de vaso do metaxilema, também chamado de MVEL.

O metaxilema integra o xilema, tecido vascular responsável pelo transporte de água das raízes até as folhas. O estudo mostrou plantas com elementos de vaso mais longos no metaxilema. Essas plantas também apresentaram placas de perfuração menores. Essa combinação reduziu constrições dentro dos vasos condutores e aumentou a condutância hidráulica axial, medida ligada à facilidade do fluxo de água no tecido.

Mudança climática

Segundo Jonathan Lynch, professor de nutrição vegetal da Penn State e pesquisador sênior do estudo, a seca limita a produção agrícola e tende a piorar com a mudança climática. Ele afirmou que plantas de milho com elementos de vaso mais longos movem água com mais eficiência, desenvolvem raízes mais profundas, acessam umidade em camadas inferiores do solo e produzem melhor sob seca.

A equipe avaliou centenas de plantas de milho de diferentes linhagens genéticas, regiões e características. Algumas apresentaram células mais longas no xilema. Outras apresentaram células mais curtas. A variação ocorreu de forma natural nas plantas avaliadas.

Os pesquisadores observaram uma associação entre maior MVEL e menor altura das placas de perfuração. Essas placas correspondem às paredes terminais porosas entre elementos de vaso adjacentes. Durante a maturação celular, a dissolução dessas paredes forma tubos contínuos para o fluxo de água e minerais. Placas menores funcionam como barreiras menos restritivas.

Alongamento de células

A pesquisa também associou o fenótipo stretch ao alongamento de células em diferentes tecidos da planta. Esse efeito incluiu raízes. Plantas com o fenótipo apresentaram crescimento radicular mais rápido e sistemas radiculares mais profundos. Em condição de seca, essa arquitetura favoreceu a aquisição de água em camadas mais profundas.

Os ensaios incluíram simulações computacionais sobre o efeito dos caracteres do xilema no fluxo de água. A equipe também analisou tecidos radiculares de plantas cultivadas em casa de vegetação sob estresse hídrico e em dois locais de campo. Um experimento ocorreu na Russell E. Larson Experimental Farm, no centro da Pensilvânia. Outro ocorreu na Tuniche Research Farm, perto de Graneros, no Chile.

Na Pensilvânia, os cientistas usaram estruturas de exclusão de chuva para simular seca. No Chile, o ensaio aproveitou clima mediterrâneo, com verão naturalmente seco. As simulações, os experimentos em casa de vegetação e os ensaios de campo mostraram o mesmo padrão: plantas com fenótipo stretch captaram e transportaram mais água, cresceram melhor e produziram mais sob seca.

Estresse hídrico

Os cientistas relatam maior comprimento de raízes, maior profundidade radicular e maior uso de água profunda em mesocosmos para plantas com MVEL mais longo. Em campo, sob estresse hídrico, o MVEL se associou a enrolamento foliar, temperatura foliar, transpiração, fotossíntese e rendimento de grãos.

A equipe aplicou estudo de associação genômica ampla para localizar variações no DNA ligadas ao MVEL e à altura das placas de perfuração. O resultado indicou controle genético parcial desses caracteres. Segundo Lynch, o conjunto pode depender de um ou dois genes principais, o que pode facilitar o isolamento do mecanismo.

Os pesquisadores usaram microscopia eletrônica de varredura criogênica para observar placas de perfuração do xilema. A técnica preserva amostras biológicas delicadas por congelamento rápido antes da visualização. O trabalho ocorreu no Huck Institutes of the Life Sciences Microscopy Core Facility, da Penn State.

A equipe também usou tomografia por ablação a laser. A técnica combina laser ultravioleta pulsado e imageamento seriado para gerar imagens tridimensionais de alta resolução de seções transversais de raízes de milho. O método permitiu comparar plantas com elementos de vaso mais longos e placas de perfuração menores com plantas sem essas características.

Os resultados indicam uma possível rota para o melhoramento de milho tolerante à seca.