p Cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, identificaram um conjunto comum de genes que permitem que diferentes plantas resistentes à seca sobrevivam em condições semi-áridas, que poderia desempenhar um papel significativo na bioengenharia e na criação de culturas energéticas que sejam tolerantes ao déficit de água. p As plantas prosperam em terras secas, mantendo seus estômatos, ou poros, fechado durante o dia para conservar água e aberto à noite para coletar dióxido de carbono. Esta forma de fotossíntese, conhecido como metabolismo do ácido crassuláceo ou CAM, evoluiu ao longo de milhões de anos, construção de características de economia de água em plantas, como Kalanchoë , orquídea e abacaxi.

p "CAM é um mecanismo comprovado para aumentar a eficiência do uso de água nas plantas, "Disse o co-autor do ORNL, Xiaohan Yang." À medida que revelamos os blocos de construção que compõem a fotossíntese CAM, seremos capazes de fazer a bioengenharia dos processos metabólicos de culturas pesadas em água, como o arroz, trigo, soja e choupo para acelerar sua adaptação a ambientes com limitação de água. "

p Os cientistas estão estudando uma variedade de plantas resistentes à seca para desvendar o mistério da fotossíntese CAM. Para este trabalho, a equipe liderada pelo ORNL sequenciou o genoma de Kalanchoë fedtschenkoi , um modelo emergente para pesquisa de genômica CAM por causa de seu genoma relativamente pequeno e capacidade de modificação genética.

p A equipe investigou e comparou os genomas de K. fedtschenkoi , Phalaenopsis equestris (orquídea) e Ananas comosus (abacaxi) usando o supercomputador Titan do ORNL.

p "É amplamente aceito que algumas plantas não relacionadas exibem características semelhantes em condições ambientais semelhantes, um processo conhecido como evolução convergente, "Yang disse.

p Eles identificaram 60 genes que exibiram evolução convergente em espécies CAM, incluindo mudanças de expressão gênica diurna e noturna convergentes em 54 genes, bem como a convergência da sequência de proteínas em seis genes. Em particular, a equipe descobriu uma nova variante da fosfoenolpiruvato carboxilase, ou PEPC. PEPC é uma importante enzima "operadora" responsável pela fixação noturna de dióxido de carbono em ácido málico. O ácido málico é então convertido de volta em dióxido de carbono para a fotossíntese durante o dia.

p "Essas mudanças convergentes na expressão gênica e sequências de proteínas podem ser introduzidas em plantas que dependem da fotossíntese tradicional, acelerando sua evolução para se tornar mais eficiente no uso da água, "disse Yang. A equipe publicou suas descobertas em Nature Communications .

p Uso inteligente de água

p A produção agrícola é o maior consumidor mundial de água doce. A disponibilidade de recursos de água potável está diminuindo por causa da urbanização, crescimento da população humana e mudanças no clima, que apresenta um desafio para ambientes de cultivo ideais.

p Para lidar com essa preocupação, A engenharia da fotossíntese do CAM em plantações de alimentos e energia pode reduzir o uso de água na agricultura e aumentar a resiliência das plantações quando o suprimento de água é inferior ao desejável.

p "O estudo do genoma de plantas com eficiência hídrica também pode fornecer informações sobre a capacidade de uma planta de usar água ligeiramente salina e manter o crescimento sob temperatura mais alta e menor disponibilidade de água limpa, "disse Jerry Tuskan, coautor e CEO do Centro de Inovação em Bioenergia liderado por ORNL. “Se pudermos identificar os mecanismos de eficiência no uso da água, poderíamos mover essa característica para plantas agronômicas, fornecer água não potável para irrigação dessas plantas e economizar água limpa para beber. "