Reino Unido: Engenharia de novas redes de sinalização para produzir culturas que precisam de menos fertilizantes
31 julho 2019 Uma colaboração de pesquisa interdisciplinar entre as Universidades de Oxford e Cambridge projetou uma nova via de sinalização sintética entre plantas e micróbios que pode fornecer a base para a transferência da fixação de nitrogênio para cereais.
Publicado em Comunicações da Natureza hoje, a equipe de cientistas de plantas, microbiologistas e químicos usou técnicas de biologia sintética para projetar e então desenvolver um diálogo molecular entre plantas e bactérias ao redor de suas raízes em uma zona chamada rizosfera. Este sistema de sinalização sintética pode ser um passo vital para a engenharia bem-sucedida da simbiose de fixação de nitrogênio em culturas não leguminosas, como trigo e milho.
Melhorar a microbiota das raízes tem um enorme potencial para melhorar o rendimento das culturas em solos pobres em nutrientes e reduzir o uso de fertilizantes químicos.
O autor principal conjunto, Dr. Barney Geddes, do Departamento de Ciências Vegetais de Oxford, disse: "As plantas influenciam a microbiota de sua rizosfera enviando sinais químicos que atraem ou suprimem micróbios específicos. A engenharia de plantas de cereais para produzir um sinal para se comunicar e controlar as bactérias em suas raízes poderia potencialmente permitir que elas aproveitassem os serviços de promoção de crescimento dessas bactérias, incluindo a fixação de nitrogênio.
“Para fazer isso, selecionamos um grupo de compostos normalmente produzidos por bactérias em nódulos de leguminosas, chamados rizopinas. Primeiro, tivemos que descobrir a via biossintética natural para a produção de rizopina e, então, projetar uma via sintética que fosse mais prontamente transferida para as plantas. Fomos capazes de transferir a via de sinalização sintética para várias plantas, incluindo cereais, e projetar uma resposta das bactérias da rizosfera à rizopina.”
A autora principal conjunta, Dra. Amelie Joffrin, em Oxford, desenvolveu uma nova síntese estereosseletiva de rizopina-chave. Ela disse: “A química sintética foi essencial para fornecer compostos que permitiram a investigação da biossíntese de rizopina e sua transferência de bactérias para plantas. Em particular, as rizopinas produzidas nos permitiram confirmar qual era o enantiômero naturalmente ativo (mão) de um composto bioativo-chave.”
O Dr. Ponraj Paramasivan, coautor principal do Laboratório Sainsbury de Cambridge, explicou como a equipe transferiu os genes de síntese de rizopina para a cevada para avaliar se eles poderiam modificar a síntese de rizopina em cereais.
“Confirmamos que a cevada sintetizou e então exsudou rizopina para sua rizosfera”, ela disse. “Então medimos a sinalização entre raízes de cevada e bactérias da rizosfera e descobrimos que um nível significativo de comunicação estava ocorrendo na maioria das colônias bacterianas. Esses resultados significam que poderíamos potencialmente usar essa via de sinalização transkingdom para ativar a microbiota da raiz para fixar nitrogênio e uma série de outros serviços de promoção do crescimento das plantas, como produzir antibióticos ou hormônios ou solubilizar nutrientes do solo.
“Uma vantagem fundamental dessa via de sinalização sintética é que somente a planta de cultivo específica que é projetada para produzir o sinal se beneficiará. Isso significa que ervas daninhas que atualmente se beneficiam tanto quanto a cultura alvo da aplicação de fertilizantes químicos, não se beneficiarão dessas associações planta-micróbio aprimoradas, pois não produzem essa nova molécula de sinalização para se comunicar com bactérias.”
O trabalho futuro nos laboratórios de Poole, Oldroyd e Conway se concentrará em como as plantas podem controlar processos-chave em bactérias de raiz, como fixação de nitrogênio, solubilização de fosfato e promoção do crescimento de plantas. Isso abre o mundo do microbioma bacteriano e seu metabolismo diverso para controle por plantas e, em particular, pelos cereais. É provável que seja um componente-chave nas tentativas de projetar a fixação de nitrogênio em cereais.
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