Cientistas da Universidade da Califórnia, em Davis, desenvolveram plantas de trigo capazes de promover a sua própria formação de fertilizantes, um desenvolvimento que poderia reduzir a poluição do ar e da água em todo o mundo e reduzir os custos agrícolas.
O trabalho vem de um grupo de pesquisa liderado por Eduardo Blumwald, ilustre professor do Departamento de Fitotecnia. Usando a ferramenta de edição genética CRISPR, a equipe aumentou a produção de um dos produtos químicos naturais da planta. Quando as raízes do trigo liberam esse excesso de composto no solo circundante, isso ajuda certas bactérias a converter o nitrogênio do ar em uma forma que as plantas próximas possam absorver. Este processo é conhecido como fixação de nitrogênio.
O estudo foi publicado Jornal de Biotecnologia Vegetal.
Potenciais benefícios para a segurança alimentar
Para muitas regiões em desenvolvimento, estes avanços poderão proporcionar um novo apoio à produção agrícola fiável.
“Em África, as pessoas não usam fertilizantes porque não têm dinheiro, e as explorações agrícolas são pequenas, não mais do que seis a oito acres”, disse Blumwald. “Imagine que você está plantando culturas que estimulam as bactérias do solo a produzirem os nutrientes que as culturas precisam, uau! Isso é uma grande diferença!”
Esta inovação no trigo baseia-se no sucesso anterior do grupo no arroz, e está em curso um trabalho semelhante para expandir a técnica a outras culturas cerealíferas importantes.
O problema global dos fertilizantes
O trigo é o segundo cereal mais produtivo do mundo e é responsável pela maior parcela do uso de fertilizantes nitrogenados, cerca de 18% do total global. De acordo com a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura, mais de 800 milhões de toneladas de fertilizantes foram produzidas em todo o mundo em 2020.
As plantas normalmente absorvem apenas 30 a 50% do fertilizante nitrogenado aplicado. Os resíduos muitas vezes correm para os rios e zonas costeiras, contribuindo para “zonas mortas” sem oxigénio que prejudicam os ecossistemas aquáticos. O excesso de nitrogênio no solo pode produzir óxido nitroso, um potente gás de efeito estufa.
Por que o trigo precisa de uma estratégia diferente
As bactérias fixadoras de nitrogênio produzem uma enzima chamada nitrogenase, às vezes chamada de “fixadora” porque realiza a fixação de nitrogênio. A enzima funciona apenas nessas bactérias e apenas em ambientes com baixo teor de oxigênio.
Feijões e ervilhas formam naturalmente nódulos radiculares, estruturas especializadas que criam as condições de falta de oxigênio que essas bactérias precisam.
O trigo e a maioria das outras culturas não possuem esses nódulos, razão pela qual os fertilizantes artificiais de nitrogênio são amplamente utilizados.
“Durante décadas, os cientistas têm tentado criar culturas de cereais que desenvolvam nódulos activos nas raízes, ou tentando colonizar os cereais com bactérias fixadoras de azoto, sem muito sucesso. Utilizamos uma abordagem diferente”, disse Blumwald. “Dissemos que a localização das bactérias fixadoras de nitrogênio não é importante, desde que o nitrogênio fixado possa chegar à planta e a planta possa utilizá-lo”.
Como a equipe da UC Davis encontrou uma solução viável
Os pesquisadores testaram 2.800 produtos químicos produzidos naturalmente pelas plantas e identificaram 20 que podem estimular bactérias fixadoras de nitrogênio a formar biofilmes. Esses biofilmes são o revestimento pegajoso que envolve as bactérias, criando um microambiente com baixo teor de oxigênio adequado para a atividade da nitrogenase. A equipe então mapeou como as plantas sintetizam esses compostos e identificou os genes envolvidos.
Com essas informações, eles usaram o CRISPR para ajustar as plantas de trigo para que produzissem grandes quantidades de um composto específico, uma flavona chamada apigenina. Como as plantas produzem mais apigenina do que necessitam, o excesso é liberado no solo. Em experiências, esta apigenina estimulou as bactérias do solo a formarem biofilmes protectores, permitindo que a nitrogenase fixasse o nitrogénio numa forma utilizável que o trigo pudesse absorver.
Sob condições de fertilizantes com nitrogênio muito baixo, o trigo modificado produziu rendimentos mais elevados do que as plantas de controle.
Grande ganho económico para os agricultores
De acordo com estimativas do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, os agricultores norte-americanos gastarão cerca de 36 mil milhões de dólares em fertilizantes em 2023. Bloomwald observou que cerca de 500 milhões de acres de terra no país estão sob cultivo de cereais.
“Imagine se você pudesse economizar 10% da quantidade de fertilizante usada naquela terra”, pensou. “Estou calculando de forma conservadora: deveria ser mais de um bilhão de dólares em economia por ano.”
Outros autores incluem Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank e Easy Numbera.
A Universidade da Califórnia apresentou um pedido de patente, que está pendente. A Bayer Crop Science e a UC Davis Will Lester Endowment forneceram financiamento para o trabalho.
