Experimento mostra que microrganismos podem reduzir a temperatura de plantas

Fenômeno ainda não havia sido descrito na literatura científica. A descoberta abre caminhos para o desenvolvimento de novas biotecnologias agrícolas voltadas para a adaptação à crise climática

Agência FAPESP – Estudo conduzido no Centro de Genômica Aplicada às Mudanças Climáticas (GCCRC) mostra que a presença de uma comunidade sintética de microrganismos pode reduzir em até 4 ^oC a temperatura foliar de plantas de milho submetidas a altas temperaturas. Os resultados foram publicados este mês na revista Frontiers in Microbiology

O GCCRC é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP e pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Por meio de uma sofisticada plataforma de coleta de dados em tempo real, pesquisadores do centro demostraram que os microrganismos ajudam a controlar o fluxo hídrico da planta e, portanto, a tolerância à seca. Os benefícios dos microrganismos para as plantas em condições de escassez hídrica já vêm sendo constatados pela ciência. Entretanto, o que ainda não se conhecia era como essa interação ocorria. A descoberta abre caminhos para o desenvolvimento de novas biotecnologias agrícolas que podem garantir a segurança alimentar durante a transição para uma economia de baixo carbono.

Cada vez mais os cientistas têm descoberto que fungos, bactérias e arqueas presentes no solo, raiz, caule e folha dos vegetais desempenham um papel fundamental no crescimento, na produtividade e nas respostas das plantas em condições de variações ambientais, como seca e calor. O que ainda não se sabia é como esses seres invisíveis afetam a planta. Parte desses desafios decorre de limitações de metodologias para medir o que ocorre nas plantas em tempo real.

“Estratégias comumente usadas esbarram na impossibilidade de avaliar de forma contínua a resposta das plantas às flutuações do ambiente, ficando limitadas a poucas medições realizadas de forma pontual”, explica Jaderson Armanhi, pesquisador do GCCRC e primeiro autor do artigo.

Para driblar esse problema, os cientistas do GCCRC construíram uma plataforma de sensores capazes de medir a temperatura, o fluxo de água, a fotossíntese e vários outros parâmetros das plantas e do ambiente em tempo real.

“Utilizamos múltiplos sensores não invasivos acoplados às plantas, sensores ambientais e também câmeras fotográficas – todos com pontos de coletas de dados simultâneos”, conta Armanhi, que criou todo o aparato tecnológico necessário para a coleta de dados em tempo real.

Então, os pesquisadores montaram um experimento usando dois grupos de plantas de milho: um com a inoculação de microrganismos previamente selecionados e outro sem. Os dois grupos foram monitorados continuamente durante quatro meses. Ao final, o estudo reuniu mais de 5 milhões de pontos de dados, 60 mil fotos e 500 plantas investigadas.

Usando abordagens da biologia computacional, o time de pesquisadores constatou que o grupo de plantas com os microrganismos selecionados teve a temperatura foliar reduzida em até 4 °C. Isso porque as plantas inoculadas conseguiram otimizar o fluxo hídrico e a transpiração das folhas.

“O aquecimento excessivo leva a disfunções das proteínas e outras moléculas das plantas, prejudicando seu crescimento. A comunidade de microrganismos sintéticos funciona como um ‘antitérmico’ da planta”, ilustra Paulo Arruda, professor da Unicamp e coordenador do GCCRC.

Os autores chamam a atenção para o fato de que ambos os grupos de plantas, tanto as inoculadas quanto as não inoculadas, têm a mesma performance com relação à produtividade em condições normais de irrigação. Entretanto, diante de quadros de escassez hídrica, as plantas inoculadas tiveram uma produtividade três vezes maior.

“Vemos a inoculação como um ‘seguro’ da planta no caso de seca extrema. Diante do cenário de escassez hídrica, os microrganismos selecionados com base em sua robustez foram capazes de garantir a saúde da planta e reduzir as perdas ocasionadas pela falta de água”, pontua Armanhi.

Tecnologias de microbioma na agricultura

Os estudos das contribuições dos microrganismos para a agricultura, saúde e meio ambiente caminham a passos largos. Os olhares se voltam cada vez mais para abordagens sistêmicas, considerando o papel de todo o microbioma no meio, ou seja, os efeitos conjuntos de fungos, bactérias e arqueas em diferentes ambientes.

“O que descobrimos foi a ponta de um iceberg. Há muito a ser explorado em relação aos potenciais benefícios que esses organismos oferecem em conjunto para a agricultura, por exemplo”, afirma Armanhi.

Segundo o relatório da Organização das Nações Unidas (ONU) sobre clima, a Terra está aquecendo antes do esperado. Entre as consequências citadas estão eventos climáticos extremos em maior frequência, como enchentes e ondas de calor. Caso este cenário não se reverta, alguns dos efeitos diretos para países como o Brasil serão secas mais frequentes e a queda na capacidade de produção de alimentos.

Nesse sentido, o GCCRC está explorando novas fronteiras na biodiversidade brasileira. Os Campos Rupestres são regiões localizadas no centro do país onde se encontram plantas que se desenvolveram sob condições de seca severa e solos pobres em nutrientes. O centro está investigando o papel do microbioma na nutrição e hidratação de algumas plantas dos Campos Rupestres e como isso pode ser aproveitado em novas variedades agrícolas.

“Isso abre um novo horizonte para a ciência, para a biotecnologia e também para a preservação desses hotspots da biodiversidade”, finaliza Arruda.

O artigo Modulating Drought Stress Response of Maize by a Synthetic Bacterial Community pode ser lido em: www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.747541/full.

* Com informações da Assessoria de Comunicação do GCCRC.