Um estudo recente deu conta de uma nova estratégia de melhoramento para criar rapidamente culturas inteligentes do ponto de vista climático que apresentem um rendimento mais elevado em condições normais e que reduzam significativamente as perdas de rendimento sob stress térmico, tanto em culturas de cereais como de legumes
O ano de 2050 aproxima-se a passos largos e a produtividade agrícola deve aumentar 60% para alimentar uma população mundial prevista de dez mil milhões de pessoas. No entanto, a atual produção agrícola é insuficiente e prevê-se que se agrave devido ao stress abiótico provocado pelas alterações climáticas. Um aumento de 2. °C durante a estação de crescimento resultará numa perda de rendimento de 3-13%. Para garantir a segurança alimentar global e ultrapassar os estrangulamentos na reprodução, os cientistas precisam urgentemente de desenvolver culturas “inteligentes em termos climáticos” que atinjam rendimentos mais elevados em condições normais e rendimentos estáveis sob stress térmico.
A base fisiológica do rendimento e da qualidade das culturas é a relação fonte-dreno. Os tecidos de origem (por exemplo, folhas) são produtores líquidos de fotoassimilados — ou seja, principalmente hidratos de carbono como a sacarose. Em contraste, os tecidos de destino (por exemplo, frutos, sementes, raízes, flores em desenvolvimento, fibras de algodão e órgãos de armazenamento) são importadores líquidos, que usam ou armazenam fotoassimilados.
Uma pequena explicação científica para perceber como o clima pode influenciar a qualidade das culturas. O gene da invertase da parede celular (CWIN) é o gene crucial que regula a relação fonte-dreno nas plantas. A enzima codificada por este gene descarrega e converte a sacarose transportada das folhas em glucose e frutose nos órgãos de afundamento, onde estes açúcares podem ser diretamente absorvidos e utilizados. Estes açúcares não são apenas nutrientes essenciais para o desenvolvimento de frutos e sementes, mas influenciam significativamente a doçura dos frutos e a qualidade dos grãos de arroz. O stress térmico reprime a atividade da CWIN e, assim, perturba o equilíbrio fonte-dreno, resultando num fornecimento inadequado de energia aos órgãos de dissipação, na redução do desenvolvimento reprodutivo e em penalizações na produção.
No seu novo estudo, Xu Cao e a sua equipa desenvolveram uma estratégia baseada na otimização sensível ao clima da partilha de carbono para os sumidouros (CROCS), manipulando racionalmente a expressão dos genes CWIN em culturas de frutos e cereais. Introduziram com precisão um elemento de choque térmico (HSE) de 10 pb nos promotores dos genes CWIN em cultivos de elite de arroz e tomate, utilizando ferramentas de edição primária de alta eficiência desenvolvidas por ele. A inserção do HSE confere aos CWINs uma regulação positiva sensível ao calor, tanto em ambientes controlados como no campo, para aumentar a partição do carbono nos grãos de arroz e nos frutos de tomate.
Testes de rendimento multi-local e multi-sazonal em tomates sob várias condições de cultivo, incluindo estufas e campos abertos, mostraram que, em condições normais, a estratégia CROCS aumentou o rendimento do tomate em 14-47%. Sob stress térmico, aumentou a produção de frutos por parcela em 26-33% em relação aos controlos e salvou 56,4-100% das perdas de produção de frutos causadas pelo stress térmico. De notar que aspctos da qualidade dos frutos, como a uniformidade e o teor de açúcar, foram significativamente melhorados em comparação com os controlos não modificados.
Além disso, as culturas de arroz melhoradas por esta estratégia não só mostraram um aumento de rendimento de 7-13% em condições normais, como também mostraram um aumento de 25% no rendimento de grãos em relação aos controlos em condições de stress térmico. Especificamente, até 41% das perdas de grãos induzidas pelo calor foram recuperadas no arroz.
Xu Cao referiu que o CROCS é um sistema eficiente, versátil e baseado na edição primária para o melhoramento rápido das culturas, que abre caminho à criação de culturas inteligentes do ponto de vista climático através da inserção direcionada de elementos cis-reguladores sensíveis ao ambiente. A estratégia também fornece ferramentas eficazes de edição de genes e procedimentos operacionais viáveis para o estudo fundamental das respostas das plantas ao stress. Os investigadores observaram também que esta estratégia de melhoramento foi agora aplicada a culturas como a soja, o trigo e o milho.
Nota:
O estudo, publicado na revista Cell em dezembro, foi realizado pela equipa de Xu Cao do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento (IGDB) da Academia Chinesa de Ciências.
