um novo estudo microbiologia natural Os solos coletados em todo o Kansas foram analisados para testar o papel do “efeito legado”, que se refere à forma como os microrganismos que se adaptam aos climas locais moldam o solo em um local específico ao longo dos anos.
“As bactérias, fungos e outros organismos que vivem no solo acabam por ter efeitos importantes em coisas importantes como o sequestro de carbono, o movimento de nutrientes e – o que nos interessa particularmente – efeitos legados nas plantas”, disse Maggie Wagner, professora associada de ecologia e biologia evolutiva na Universidade do Kansas.
“Estávamos interessados nisso porque há anos outros pesquisadores descrevem essa memória ecológica de micróbios do solo que têm alguma forma de lembrar seu passado ancestral”, disse ela. “Achamos que era realmente interessante. Tem muitas implicações importantes na forma como cultivamos plantas, incluindo coisas como milho e trigo. A precipitação em si tem um grande impacto no crescimento das plantas, mas a memória dos micróbios que vivem nesses solos também pode desempenhar um papel.”
Wagner disse que efeitos de transferência já foram observados antes, mas os detalhes permanecem obscuros. Uma imagem mais clara poderia, em última análise, ajudar os agricultores e as empresas de biotecnologia agrícola que pretendem aproveitar os micróbios benéficos.
“Nós realmente não entendemos como funcionam os efeitos do legado”, disse ela. “Por exemplo, quais micróbios estão envolvidos no nível genético e como isso funciona? Quais genes bacterianos são afetados? Também não entendemos como os efeitos do clima são transferidos através do solo para os micróbios e, em última análise, para as plantas.”
A equipe coletou amostras de solo de seis locais no Kansas, abrangendo as regiões mais úmidas do leste até as regiões mais altas e secas das planícies altas no oeste, que recebem menos chuvas devido à sombra de chuva das Montanhas Rochosas. O objetivo é comparar as mudanças nos impactos legados ao longo deste gradiente climático.
“Isso foi feito em colaboração com uma equipe da Universidade de Nottingham, no Reino Unido”, disse Wagner. “Dividimos o trabalho, mas a maior parte do experimento – na verdade, todo o experimento – foi conduzida na Universidade do Kansas, e também nos concentramos em solos do Kansas.”
Na Universidade do Kansas, Wagner e colegas avaliaram como as comunidades microbianas nestes solos afectavam as plantas.
“Usamos uma técnica antiquada de tratar micróbios como caixas pretas”, disse ela. “Cultivamos plantas em diferentes comunidades microbianas com diferentes memórias de seca e depois medimos o desempenho das plantas para ver o que era benéfico e o que não era”.
Os investigadores expuseram as comunidades microbianas a água abundante ou a água muito limitada durante cinco meses para melhorar histórias contrastantes de disponibilidade de água.
“A memória da seca ainda pode ser detectada mesmo depois de milhares de gerações de bactérias”, disse Wagner. “Um dos aspectos mais interessantes que vimos é que os efeitos do legado microbiano das plantas nativas destas áreas são muito mais fortes do que as plantas de outros lugares que são cultivadas por razões agrícolas, mas não são nativas”.
Para começar a testar como as características das plantas interagem com os legados microbianos, a equipe comparou uma cultura (milho) com uma grama nativa (grama gama). Eles observam que são necessárias mais espécies para confirmar este padrão, mas os primeiros resultados sugerem que as plantas nativas podem ser mais consistentes com a história microbiana local.
“Achamos que isto tem a ver com a história co-evolutiva destas plantas, o que significa que a erva gama tem vivido com estas comunidades microbianas exactas durante um longo período de tempo, mas o milho não”, disse ela. “O milho foi domesticado na Mesoamérica e só existe nesta região há alguns milhares de anos.”
Além do desempenho das plantas, os pesquisadores também examinaram a atividade microbiana e genética das plantas para explorar os mecanismos subjacentes aos efeitos legados em escala molecular.
“O gene que mais nos entusiasma é chamado nicotinamida sintase”, disse Wagner. “A molécula que ela produz é usada principalmente pelas plantas para obter ferro do solo, mas também foi documentado que afeta a tolerância à seca em algumas espécies. Em nossa análise, as plantas expressaram esse gene em condições de seca, mas apenas quando cultivadas com microrganismos que têm memória das condições de seca.
A grama gama é considerada uma fonte de genes úteis para melhorar o milho sob estresse, observou Wagner.
“Os genes que mencionei anteriormente podem ser interessantes”, disse ela. “Para as empresas de biotecnologia focadas na adição de micróbios às culturas, isto dá uma dica sobre onde procurar micróbios com propriedades benéficas. A comercialização de micróbios na agricultura é uma indústria multibilionária que ainda está em crescimento.”
Os colaboradores de Wagner na KU são os autores principais Nichole Ginnan (agora na UC Riverside) e Natalie Ford (agora na Pennsylvania State University); Valéria Custódio, David Gopaulchan, Dylan Jones, Darren Wells e Gabriel Castrillo da Universidade de Nottingham; Isai Salas-González, da Universidade Nacional Autônoma do México; e Angela Moreno no Ministério da Agricultura e Ambiente de Cabo Verde.
“O valor deste trabalho é o seu caráter interdisciplinar”, disse Wagner. “Reunimos análise genética, fisiologia vegetal e microbiologia, o que nos permitiu fazer e responder questões antes insolúveis”.
Este trabalho foi financiado pela Divisão de Sistemas Orgânicos Integrados da National Science Foundation.
