Um novo estudo em Microbiologia da Natureza analisaram o solo coletado em todo o Kansas para examinar o papel dos “efeitos legados”, que indicam como o solo em um determinado local é moldado por micróbios que se adaptaram ao clima local ao longo de muitos anos.
“Bactérias, fungos e outros organismos que vivem no solo podem, na verdade, ter efeitos importantes em coisas importantes, como o sequestro de carbono, a movimentação de nutrientes e o que nos interessa particularmente – efeitos legados nas plantas”, disse a coautora Maggie Wagner, professora associada de ecologia e biologia evolutiva na Universidade do Kansas.
“Ficámos interessados nisto porque outros investigadores, ao longo dos anos, têm descrito este tipo de memória ambiental em micróbios do solo que têm alguma forma de recordar os seus antepassados do passado”, disse ele. “Achamos que isso era realmente interessante. Tem muitas implicações importantes na forma como cultivamos plantas, incluindo coisas como milho e trigo. A precipitação em si tem um grande efeito na forma como as plantas crescem, mas a memória dos micróbios que vivem naquele solo também pode desempenhar um papel.”
Segundo Wagner, os efeitos da herança já foram observados antes, mas os detalhes permanecem obscuros. Uma imagem mais clara poderia, em última análise, ajudar os agricultores e as empresas de biotecnologia agrícola que procuram aproveitar os micróbios benéficos
“Não entendemos realmente como funciona o efeito legado”, disse ele. “Tipo, quais micróbios estão envolvidos no nível genético e como isso funciona? Quais genes bacterianos estão sendo afetados? Nem sequer entendemos como esse legado do clima passa do solo para os micróbios e, finalmente, para as plantas.”
A equipe coletou amostras de solo de seis locais no Kansas, que vão desde a região úmida do leste, no oeste, até as altas planícies mais altas e secas, que recebem menos chuvas devido à sombra de chuva das Montanhas Rochosas. O objetivo era comparar como os efeitos da herança variam ao longo desses gradientes climáticos.
“Foi uma colaboração com uma equipe da Universidade de Nottingham, na Inglaterra”, diz Wagner. “Dividimos o trabalho, mas a maior parte dos testes – na verdade, todo o teste – foi realizada aqui na KU, e também nos concentramos no terreno no Kansas para este trabalho.”
Na KU, Wagner e colegas avaliaram como essas comunidades microbianas do solo afetam as plantas.
“Usamos uma espécie de técnica tradicional, tratando os micróbios como uma caixa preta”, disse ele. “Cultivamos a planta em diferentes comunidades microbianas com diferentes memórias de seca e depois medimos o desempenho da planta para entender o que era benéfico e o que não era”.
Os investigadores expuseram as comunidades microbianas a água suficiente ou a água muito limitada durante cinco meses para reforçar a história oposta de disponibilidade de humidade.
“Mesmo depois de milhares de gerações bacterianas, a memória da seca ainda era detectável”, disse Wagner. “Um dos aspectos mais interessantes que vimos foi que o efeito da herança microbiana era muito mais forte com plantas que vieram de outros lugares e foram plantadas por razões agrícolas, mas não eram nativas”.
Para começar a testar como a identidade da planta interage com a herança microbiana, a equipe comparou uma cultura (milho) a uma grama nativa (grama gama). Eles observam que serão necessárias espécies adicionais para confirmar o padrão, mas os resultados preliminares indicam que a flora local pode estar mais fortemente alinhada com a história microbiana local.
“Achamos que tem algo a ver com a história co-evolutiva das plantas, o que significa que há muito tempo que a erva gama tem vivido com esta comunidade microbiana exacta, mas o milho não”, disse ele. “O milho foi domesticado na América Central e existe na região há apenas alguns milhares de anos”.
Além do desempenho das plantas, os pesquisadores examinaram a atividade genética tanto em micróbios quanto em plantas para explorar mecanismos potenciais por trás dos efeitos de herança em escala molecular.
“O gene que mais nos empolgou foi chamado nicotinamina sintase”, disse Wagner. “Ela produz uma molécula útil principalmente para as plantas adquirirem ferro do solo, mas também foi registrado que afeta a tolerância à seca de algumas espécies. Em nossa análise, a planta expressou esse gene em condições de seca, mas apenas quando cultivada com micróbios com memórias de condições de seca.
Wagner observa que o gamagrass está sendo considerado uma fonte de genes úteis para melhorar o milho sob estresse.
“Mencionei anteriormente que o gene pode ser interessante”, disse ele. “Para as empresas de biotecnologia focadas na adição de microrganismos às culturas, isto fornece pistas sobre onde procurar micróbios com propriedades benéficas. A comercialização microbiana na agricultura é uma indústria multibilionária e continua a crescer.”
Os colaboradores de Wagner na KU foram os autores principais Nicole Ginnan, agora na Universidade da Califórnia-Riverside, e Natalie Ford, agora na Universidade Estadual da Pensilvânia; Valeria Custodio, David Gopalchan, Dylan Jones, Darren Wells e Gabriel Castrillo da Universidade de Nottingham; Isai Salas-González, da Universidade Nacional Autônoma do México; e Angela Moreno do Ministério da Agricultura e Ambiente de Cabo Verde.
“Uma das coisas que tornou este trabalho valioso foi o quão interdisciplinar ele era”, disse Wagner. “Combinamos análise genética, fisiologia vegetal e microbiologia, o que nos permitiu fazer e responder perguntas que antes não podiam ser respondidas”.
Este trabalho foi financiado pela Divisão de Sistemas Organismos Integrativos da National Science Foundation.
