p À medida que a população global aumenta, estimado em quase 10 bilhões em 2050, o mesmo acontece com a necessidade de aumentar o rendimento das safras e produzir material vegetal suficiente para alimentos e combustíveis alternativos sustentáveis. Para ajudar a melhorar as estratégias de cultivo e superar desafios, como tornar as plantas mais tolerantes às terras marginais, e estresses como seca e baixa disponibilidade de nutrientes, os pesquisadores estão se concentrando em compreender e promover relações benéficas entre planta e micróbio. p Publicado em 18 de dezembro, Edição de 2017 em Nature Genetics , uma equipe liderada por pesquisadores do Joint Genome Institute (JGI) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), um DOE Office of Science User Facility, e o Howard Hughes Medical Institute da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill (UNC) exploraram um catálogo de genomas bacterianos para identificar e caracterizar genes candidatos que auxiliam as bactérias na adaptação a ambientes vegetais, especificamente genes envolvidos na colonização de raízes bacterianas.

p A maioria dos estudos de campo até o momento enfocou a estrutura da comunidade do microbioma da planta, ou seja, "quem está lá, "e menos na função, ou seja, "o que eles estão fazendo, como e quando estão fazendo isso. "Estudos anteriores que consideraram a função analisaram principalmente uma única interação hospedeiro-micróbio, como aquele entre uma planta Arabidopsis e um patógeno.

p "Se quisermos projetar o microbioma certo para apoiar o crescimento da planta, precisamos entender a função real do microbioma e não apenas genes marcadores de sequência, "disse o co-primeiro autor do estudo, Asaf Levy, um cientista pesquisador do JGI. "Aqui, usamos um grande esforço genômico e computacional para abordar a questão fundamental e importante:'Como o microbioma da planta interage com a planta?'"

p A maior parte da interação entre micróbios e plantas ocorre na interface entre as raízes e o solo. Pesquisadores da UNC, Oak Ridge National Lab, e o Instituto Max Planck isolou novas bactérias do ambiente de raiz de Brassicaceae (191), choupos (135), e milho (51). Os genomas desses 377 isolados bacterianos, mais um adicional de 107 células bacterianas únicas de raízes de A. thaliana, foram então sequenciados, montado, e anotado no JGI.

p Os autores então combinaram os novos genomas com milhares de genomas disponíveis publicamente que representam os principais grupos de bactérias associadas a plantas, e incluiu bactérias de vários ambientes vegetais e não vegetais, como o intestino humano, para comparação. O banco de dados resultante de 3837 genomas, 1160 dos quais são de plantas, foi usado em uma análise genômica comparativa.

p Os pesquisadores então identificaram genes que são enriquecidos nos genomas de organismos associados a plantas e raízes.

p "É muito importante para nós entendermos quais genes e funções os micróbios usam para colonizar as plantas, porque só então teremos a chance de desenvolver racionalmente 'probióticos de plantas' úteis para nos ajudar a cultivar mais safras de alimentos e energia com menos insumos químicos, como fertilizantes e pesticidas ou fungicidas, "disse o autor sênior do estudo, Jeff Dangl, um investigador do Howard Hughes Medical Institute e John N. Couch Professor de Biologia da University of North Carolina em Chapel Hill

p Um dos principais insights obtidos com o estudo foi que os genomas associados à planta e ao solo tendem a ser maiores do que os genomas de controle do mesmo clado. Verificou-se que isso se devia em parte ao enriquecimento de genes envolvidos no metabolismo e transporte do açúcar, provavelmente uma adaptação ao carbono vegetal derivado da fotossíntese, gerado pelas "fábricas de doces da natureza, "disse Asaf Levy. Até 20% do carbono fixado pelas plantas através da fotossíntese é exsudado pelas raízes como açúcares para atrair micróbios.

p Numerosos genes que parecem imitar as funções das plantas - por meio da codificação de "Domínios PA e RA que se assemelham a plantas" ou PREPARADOs - também foram identificados. "É bem conhecido que os patógenos vegetais usam proteínas que imitam os domínios vegetais necessários para a função imunológica, "disse Dangl." Imagine que o patógeno injeta diretamente na célula da planta uma proteína que imita parte de uma máquina específica do sistema imunológico. É como colocar uma engrenagem parcialmente defeituosa em uma roda - as rodas não podem mais girar. Reconhecemos que os domínios de proteína associados a plantas que identificamos podem funcionar da mesma maneira. "

p Genes em rápida evolução costumam ser uma marca registrada de uma corrida armamentista molecular entre organismos que compartilham um ambiente. Esses genes são freqüentemente usados ​​no ataque ou defesa contra outros organismos. Duas novas famílias de proteínas de evolução rápida associadas a diferentes "estilos de vida" de bactérias associadas a plantas relacionadas foram identificadas no estudo. 1, encontrado em bactérias comensais, foi apelidado de "Jekyll"; o outro, encontrado em bactérias patogênicas, foi nomeado "Hyde". Com colaboradores da Virginia Tech e ETH (Suíça), Os cientistas do JGI descobriram que os últimos são muito eficientes em matar bactérias concorrentes, potencialmente para ajudar esses "Hydes" a assumirem o nicho das folhas.

p O catálogo completo de novos genomas e genes associados a plantas está disponível para a comunidade de pesquisa por meio de um portal da web dedicado:Características genômicas de adaptação bacteriana a plantas.

p "O banco de dados é um recurso precioso para a comunidade de pesquisa que estuda as interações planta-micróbio, pois é uma forma imparcial de identificar genes potencialmente interessantes envolvidos na interação com uma planta - incluindo muitos genes totalmente novos. Atualmente, estamos estudando experimentalmente a função de muitos dos esses genes para obter uma melhor compreensão funcional do microbioma da planta. " Levy disse.