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Uma equipe de cientistas internacionais descobriu pela primeira vez um “interruptor” genético que interrompe a conversão do nitrogênio atmosférico em nutrientes pelas leguminosas.
Leguminosas como feijões, ervilhas e lentilhas são únicas entre as culturas pela sua capacidade de interagir com as bactérias do solo para converter ou “fixar” o nitrogénio numa forma utilizável do nutriente.
No entanto, este processo biológico intensivo em energia é reduzido quando o azoto já é abundante no solo, seja através de processos naturais ou através da utilização de fertilizantes sintéticos.
A recente descoberta de um regulador genético que desativa a fixação de nitrogénio quando os níveis de nitrato no solo estão elevados permitiu aos cientistas remover o gene em leguminosas modelo, garantindo que estas continuam a fixar nitrogénio independentemente do ambiente do solo.
Aumentar a capacidade biológica das leguminosas para fixar azoto pode ajudar a aumentar o crescimento e a produtividade das culturas, ao mesmo tempo que reduz a necessidade de fertilizantes sintéticos, que contribuem para a pegada ambiental da agricultura.
Os resultados da pesquisa, realizada no âmbito do projeto internacional Enabling Nutrition Equity in Agriculture (ENSA), foram publicados na revista Nature.
“Do ponto de vista agrícola, a fixação contínua de nitrogênio pode ser um recurso útil que aumenta a disponibilidade de nitrogênio, tanto para leguminosas quanto para culturas futuras que dependem de nitrogênio residual no solo após o plantio de leguminosas”, disse o autor Dougald Reid. , Professor de Ciências do Solo e Plantas Animais da Universidade La Trobe e pesquisador da ENSA.
“Isto ajuda a estabelecer as bases para pesquisas futuras que nos fornecem novas formas de gerir os nossos sistemas agrícolas para reduzir a utilização de fertilizantes azotados, aumentar os rendimentos agrícolas e reduzir o impacto da utilização de fertilizantes azotados no ambiente”, acrescentou.
O projecto ENSA é actualmente financiado pela Bill & Melinda Gates Agriculture Innovations Foundation (Gates Ag One), uma organização sem fins lucrativos que investe em investigação agrícola inovadora para responder às necessidades urgentes e negligenciadas dos pequenos agricultores na África Subsariana e no Sul da Ásia. .
A equipe descobriu o regulador conhecido como “fixação de nitrato” (FUN) depois de analisar 150 mil plantas leguminosas cujos genes foram excluídos para determinar como as plantas controlam a mudança da fixação de nitrogênio para a absorção de nitrogênio do solo.
O FUN, tipo de gene conhecido como fator de transcrição que controla os níveis de outros genes, está presente nas leguminosas, independentemente de estar ativo ou inativo e de seus níveis de nitrogênio.
“Como parte do estudo, concebemos um rastreio genético de milhares de plantas em estufa para identificar genes que ligam estímulos ambientais a sinais biológicos”, disse Jishun Lin, co-autor do artigo e investigador da ENSA.
“Ao aumentar os níveis de nitrato disponíveis para modelar leguminosas, fomos capazes de identificar genes regulados negativamente para a fixação de nitrogênio e detectar a mutação FUN”, acrescentou.
A equipe então usou uma combinação de bioquímica, estudos de expressão genética e microscopia para descobrir que o FUN se forma em longos filamentos de proteína quando está inativo.
Isto levou à descoberta secundária de que os níveis de zinco desempenham um papel na estimulação do FUN para se tornar ativo e terminar a fixação de nitrogênio.
“Descobrimos que a alteração do nitrogênio do solo altera os níveis de zinco nas plantas. O zinco não havia sido associado anteriormente à regulação da fixação de nitrogênio, mas nosso estudo descobriu que a alteração dos níveis de zinco ativa o FUN, que controla um grande número de genes que impedem a fixação de nitrogênio.
“A remoção do FUN cria, portanto, uma situação em que a planta não para mais de fixar nitrogênio”, acrescentou.
O estudo foi liderado por cientistas da Universidade La Trobe, na Austrália, e da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, e envolveu a colaboração com o European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), o Centro de Biotecnologia e Genômica de Plantas na Espanha, e a Universidade Politécnica de Madrid (UPM). ). ).
Os investigadores estão agora a investigar como as culturas leguminosas comuns, como a soja e o feijão nhemba, se comportam quando perdem a sua actividade vigorosa.
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