Esta é a conclusão a que chegaram Kasper Røjkjær Andersen e Simona Radutoiu, professores de biologia molecular da Universidade de Aarhus.
A sua nova investigação destaca uma importante pista biológica que poderá ajudar a reduzir a forte dependência da agricultura de fertilizantes artificiais.
As plantas precisam de nitrogênio para crescer, e a maioria das culturas só consegue obter nitrogênio por meio de fertilizantes. Um pequeno grupo de plantas, incluindo ervilhas, trevo e feijão, pode ser cultivado sem adição de nitrogênio. Eles fazem isso formando parcerias com bactérias específicas que convertem o nitrogênio do ar em uma forma que as plantas podem absorver.
Descubra os segredos por trás da fixação natural de nitrogênio
Cientistas de todo o mundo estão a trabalhar para compreender a base genética e molecular desta capacidade natural de fixação de azoto. Espera-se que esta característica seja eventualmente introduzida em culturas básicas como o trigo, a cevada e o milho.
Se implementadas, estas culturas poderão fornecer o seu próprio azoto. Esta mudança reduzirá a necessidade de fertilizantes sintéticos, que actualmente representam cerca de dois por cento do consumo global de energia e geram emissões significativas de dióxido de carbono.
Pesquisadores da Universidade de Aarhus descobriram agora pequenas alterações nos receptores das plantas que fazem com que elas desliguem temporariamente suas defesas imunológicas e estabeleçam uma relação cooperativa com bactérias fixadoras de nitrogênio.
Como as plantas decidem entre defesa e cooperação
As plantas dependem de receptores de superfície celular para detectar sinais químicos de microrganismos no solo.
Algumas bactérias liberam compostos para alertar as plantas de que são “inimigas”, levando a planta a tomar medidas defensivas. Outros disseram que eram “amigos” que poderiam fornecer alimento.
Leguminosas como ervilha, feijão e trevo permitem que bactérias especiais entrem em suas raízes. Dentro desses tecidos radiculares, as bactérias convertem o nitrogênio atmosférico e o compartilham com a planta. Essa parceria é chamada de simbiose e é a razão pela qual o feijão pode crescer sem fertilizantes artificiais.
Pesquisadores da Universidade de Aarhus descobriram que essa capacidade é fortemente afetada por apenas dois aminoácidos, que atuam como pequenos “blocos de construção” nas proteínas das raízes.
“Esta é uma descoberta notável e importante”, disse Simona Radutoiu.
As proteínas da raiz atuam como “receptores” que leem os sinais bacterianos. Determina se a planta deve ativar seu sistema imunológico (alarme) ou aceitar bactérias (simbiose).
A equipe descobriu uma pequena região na proteína receptora e a chamou de “determinante simbiótico 1”. Esta área funciona como um switch, controlando quais informações internas a planta recebe.
Ao modificar apenas dois aminoácidos nesta mudança, os investigadores alteraram um receptor que normalmente desencadeia a imunidade, de modo que, em vez disso, inicia uma simbiose com bactérias fixadoras de nitrogénio.
“Mostramos que duas pequenas mudanças podem fazer com que as plantas mudem seu comportamento em um ponto crítico – desde rejeitar bactérias até cooperar com elas”, explica Radutoyo.
Expandir o potencial das culturas alimentares básicas
Em experimentos de laboratório, os pesquisadores conseguiram essa mudança nas plantas sementes de lótus. Eles então testaram o conceito na cevada e descobriram que o mecanismo também funcionava na cevada.
“É notável que agora sejamos capazes de retirar o receptor da cevada, modificá-lo ligeiramente e depois a fixação de azoto funcionar novamente”, diz Kasper Røjkjær Andersen.
O potencial a longo prazo é enorme. Se essas melhorias pudessem ser aplicadas a outros grãos, poderia eventualmente ser possível criar trigo, milho ou arroz que pudessem fixar nitrogênio por si só, como o feijão.
“Mas primeiro temos que encontrar outras chaves importantes”, observou Radutoyo.
“A simbiose só é possível num número muito pequeno de culturas actualmente. Se pudéssemos alargar isto a culturas que estão amplamente disponíveis, poderia realmente ter um grande impacto na quantidade de fertilizante azotado que precisa de ser utilizado.”
