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Alta concentração de CO2 protege sorgo contra a seca e melhora sementes

  • 29/10/2015 |
  • Diego Freire
A alta concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, uma das principais causas do efeito estufa, tem efeito benéfico na fisiologia do sorgo, um dos cereais mais cultivados do mundo, concluiu estudo realizado no Instituto de Biociências (IB) da Universidade de São Paulo (USP) e publicado na Plant Physiology.

Os pesquisadores observaram que, quando a planta se encontra em ambientes com baixa umidade, o CO2 não só a protege contra a seca como promove um ajuste metabólico sistêmico que leva suas sementes a acumularem 60% mais proteínas.

“Dessa forma, a exemplo do sorgo, plantas em situação de estresse hídrico com o avanço das mudanças climáticas poderão ser protegidas pelo aumento de CO2 na atmosfera. Trata-se de uma condição indesejável, mas que tem muito a ensinar no que diz respeito ao comportamento de plantas semelhantes ao sorgo e ao desenvolvimento de estratégias de melhoramento”, disse Marcos Silveira Buckeridge, responsável pela pesquisa Uso da abordagem de biologia de sistemas para desenvolver um modelo de funcionamento em plantas, realizada com apoio da FAPESP no âmbito de um acordo de cooperação com a Microsoft Research.

A descoberta amplia o entendimento sobre os impactos das mudanças climáticas globais sobre outras gramíneas, como a cana-de-açúcar e o milho. Segundo Buckeridge, trata-se da primeira análise sistêmica dos efeitos da combinação de alta concentração de CO2 e seca sobre o sorgo, considerando interações entre diferentes órgãos da planta.

“Enquanto a maioria dos estudos na área se concentra em partes específicas das plantas, como a folha, o caule ou a raiz, buscamos entender o sorgo como um sistema, estudando as interações entre seus órgãos quando submetidos ao estresse hídrico combinado a altos níveis de CO2. Dessa forma é possível compreender melhor as implicações de se modificar uma série de genes dessa planta ou introduzir uma via metabólica inteira em um dos seus órgãos – por exemplo, um sistema no caule que faça com que ela transporte mais rápido a água. Para isso é preciso entender o que acontece não só no caule, mas na folha, na flor, na semente. O trabalho traz uma visão mais ampla sem perder a especificidade de olhar o nível mais reduzido dos processos, o da bioquímica”, contou.

Muito semelhante geneticamente à cana-de-açúcar, o sorgo é um modelo excelente para estudar gramíneas economicamente mais importantes para o Brasil pela simplicidade do seu genoma, já completamente sequenciado e disponível à comunidade científica internacional.

A origem da capacidade de utilizar o CO2 em seu favor está em uma peculiaridade da fotossíntese dessa família de plantas, do tipo C4, que inclui várias gramíneas, como a cana e o milho.

“As gramíneas têm essa peculiaridade, a fotossíntese C4, um sistema extremamente eficiente que leva a modificações anatômicas e bioquímicas nas folhas e que fazem com que o CO2 seja aproveitado de uma maneira mais eficiente”, explicou Buckeridge.

Para analisar as interações entre os órgãos da planta ao longo do processo, os pesquisadores do IB, em parceria com a Ohio University, nos Estados Unidos, realizaram estudos de metabolômica, que consideram o conjunto de todos os metabólitos produzidos ou modificados em um organismo e elucidam a função e o relacionamento entre os genes, seus mecanismos de expressão, as proteínas expressas, sua regulação e o resultado metabólico deste sistema.

As plantas estudadas foram submetidas a uma combinação de alto gás carbônico e baixa umidade por 120 dias, durante a fase de enchimento de grãos. A fotossíntese das folhas, a respiração e a condutância estomática – troca gasosa entre a folha e o meio externo – foram mensuradas aos 90 e 120 dias após o plantio, e os órgãos da planta – folhas, colmo, raízes e grãos – foram colhidos ao final. A biomassa e os metabolitos intracelulares de cada órgão foram avaliados e os pesquisadores observaram que o CO2 elevado reduziu a condutância estomática, o que preservou a umidade do solo sob seca.

“Embora tenham sido observados pequenos efeitos fisiológicos, o cultivo de sorgo sob CO2 atmosférico elevado aliviou a perda da qualidade de grãos causada pela baixa umidade durante a fase de enchimento devido a um atraso nas respostas fisiológicas e metabólicas à seca. Além de demonstrar pela primeira vez as respostas metabólicas simultâneas de diferentes órgãos de uma planta cultivada sob essas condições, o estudo também aponta como as mudanças em cada órgão podem afetar a composição dos grãos.”

A descoberta abre caminho para que se compreenda quais são os genes responsáveis por isso, destacando candidatos para entender melhor como os órgãos da planta interagem para fazer com que a semente seja aprimorada. “Podemos chegar ao desenvolvimento de um mapa genético que permita uma engenharia do sorgo e de outras plantas, apesar das diferenças metabólicas entre elas. Isso pode nos ajudar a enfrentar melhor as mudanças climáticas no futuro, já que poderemos ajustar o metabolismo das plantas, caso necessário”, considerou Buckeridge.

O artigo Changes in whole-plant metabolism during grain-filling stage in Sorghum bicolor L. (Moench) grown under elevated CO2 and drought (doi: http://dx.doi.org/10.1104/pp.15.01054), de Amanda Pereira de Souza e outros, pode ser lido em: www.plantphysiol.org/content/early/2015/09/02/pp.15.01054.abstract

Foto: IB/USP ver mais notícias