O que acontece abaixo do solo num campo de milho é fácil de ignorar, mas a arquitetura da raiz do milho pode desempenhar um papel importante na aquisição de água e nutrientes, afetando a tolerância à seca, a eficiência do uso da água e a sustentabilidade. Se os criadores pudessem encorajar as raízes do milho a crescerem num ângulo mais inclinado, a cultura poderia potencialmente aceder a recursos importantes nas profundezas do solo.
Um primeiro passo em direção a esse objetivo é aprender os genes envolvidos no gravitropismo, o crescimento das raízes em resposta à gravidade. Em um novo estudo publicado no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências, cientistas da Universidade de Wisconsin, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Illinois. identificar quatro desses genes no milho e na planta modelo Arabidopsis.
Quando uma semente em germinação é virada de lado, algumas raízes fazem uma curva repentina e acentuada em direção à gravidade, enquanto outras giram um pouco mais lentamente. Os pesquisadores usaram métodos de visão mecânica para observar diferenças sutis no gravitropismo radicular em milhares de mudas e combinaram esses dados com informações genéticas de cada muda. O resultado mapeou as prováveis posições dos genes do gravitropismo no genoma.
O mapa levou os investigadores à vizinhança certa do genoma – regiões com algumas centenas de genes – mas ainda estavam muito longe de identificar genes específicos para o gravitropismo. Felizmente, eles tinham uma ferramenta que poderia ajudar.
“Como havíamos realizado anteriormente o mesmo experimento com a planta Arabidopsis, de parentesco distante, conseguimos combinar genes nas regiões relevantes do genoma de ambas as espécies. Testes de acompanhamento verificaram a identidade de quatro genes que modificam o gravitropismo radicular. As novas informações podem ajudar-nos a compreender como a gravidade molda as arquiteturas dos sistemas radiculares”, afirma Edgar Spalding, professor do Departamento de Botânica da Universidade de Wisconsin e principal autor do estudo.
Matt Hudson, professor do Departamento de Ciências Agrícolas da Universidade de Illinois e coautor do estudo, acrescenta: “Observámos uma característica pouco investigada no milho que é importante por uma série de razões, especialmente no contexto das alterações climáticas. . E fizemos isso fazendo com que as diferenças evolutivas entre as plantas trabalhassem a nosso favor.”
O milho e a Arabidopsis, um pequeno parente da mostarda descrito exaustivamente por biólogos vegetais, evoluíram com cerca de 150 milhões de anos de diferença na história evolutiva. Hudson explica que embora ambas as espécies partilhem funções básicas nas plantas, os genes que as controlam provavelmente foram misturados no genoma ao longo do tempo. Isso acaba sendo uma coisa boa para restringir genes comuns.
Em espécies intimamente relacionadas, os genes tendem a se alinhar aproximadamente na mesma ordem no genoma (por exemplo, ABCDEF). Embora os mesmos genes possam existir em espécies distantemente relacionadas, a ordem dos genes na região para a qual a característica é mapeada não corresponde (por exemplo, UGRBZ). Depois que os pesquisadores identificaram onde procurar em cada genoma, as sequências genéticas incompatíveis fizeram com que os genes comuns (neste caso, B) aparecessem.
“Achei muito legal podermos identificar genes que não teríamos encontrado de outra forma, apenas comparando intervalos genômicos em espécies de plantas não relacionadas”, diz Hudson. “Estávamos bastante confiantes de que eram os genes certos quando surgiram desta análise, mas o grupo de Spalding passou mais sete ou oito anos a obter dados biológicos sólidos para verificar se realmente desempenhavam um papel no gravitropismo. Feito isso, acho que validamos toda a abordagem para que, no futuro, você possa usar esse método para muitos fenótipos diferentes.”
Spalding observa que o método provavelmente foi particularmente bem-sucedido porque medições precisas foram feitas em um ambiente comum.
“Muitas vezes, os investigadores do milho medem as suas características de interesse num campo, enquanto os investigadores da Arabidopsis tendem a cultivar as suas plantas em câmaras de crescimento”, diz ele. “Medimos o fenótipo do gravitropismo radicular de forma altamente controlada. Essas sementes foram cultivadas em uma placa de Petri, e o ensaio durou apenas algumas horas, ao contrário das características que você pode medir no mundo real, que estão abertas a todos os tipos de variabilidade.”
Mesmo quando as características podem ser medidas num ambiente comum, nem todas as características são boas candidatas para este método. Os investigadores enfatizam que as características em questão devem ser fundamentais para o funcionamento básico das plantas, garantindo a existência dos mesmos genes antigos em espécies não relacionadas.
“O gravitropismo pode ser especialmente passível de estudo através desta abordagem porque teria sido fundamental para a especialização original dos rebentos e raízes após a colonização bem sucedida da terra”, diz Spalding.
Hudson observa que o gravitropismo também será fundamental para a colonização de uma paisagem diferente.
“A NASA está interessada em cultivar culturas noutros planetas ou no espaço e precisa de saber para que é necessário criar culturas para o fazer”, diz ele. “As plantas ficam bastante confusas sem gravidade.”
O artigo, “Leveraging orthology inside maize and Arabidopsis QTL to identificou genes que afetam a variação natural no gravitropismo”, foi publicado no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.
O Departamento de Ciências Agrícolas fica na Faculdade de Ciências Agrícolas, do Consumidor e Ambientais da Universidade de Illinois Urbana-Champaign.
Uma fonte: https://www.sciencedaily.com