O que acontece abaixo do solo em um campo de milho é fácil de ignorar, mas a arquitetura da raiz do milho pode desempenhar um papel importante na aquisição de água e nutrientes, afetando a tolerância à seca, a eficiência do uso da água e a sustentabilidade. Se os criadores pudessem encorajar as raízes do milho a crescerem em um ângulo mais acentuado, a cultura poderia acessar recursos importantes mais profundos no solo.
Um primeiro passo para esse objetivo é aprender os genes envolvidos no gravitropismo, o crescimento das raízes em resposta à gravidade. Em um novo estudo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences , cientistas da Universidade de Wisconsin, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Illinois. identificar quatro desses genes no milho e na planta modelo Arabidopsis.

Quando uma semente em germinação é virada de lado, algumas raízes fazem uma curva repentina e acentuada em direção à gravidade, enquanto outras giram um pouco mais lentamente. Os pesquisadores usaram métodos de visão de máquina para observar diferenças sutis no gravitropismo radicular em milhares de mudas e combinaram esses dados com informações genéticas para cada muda. O resultado mapeou as prováveis ​​posições dos genes do gravitropismo no genoma.

O mapa levou os pesquisadores à vizinhança certa no genoma – regiões de algumas centenas de genes – mas eles ainda estavam longe de identificar genes específicos para o gravitropismo. Felizmente, eles tinham uma ferramenta que poderia ajudar.

"Como já havíamos realizado o mesmo experimento com a planta Arabidopsis, distantemente relacionada, conseguimos combinar genes dentro das regiões relevantes do genoma em ambas as espécies. Testes de acompanhamento verificaram a identidade de quatro genes que modificam o gravitropismo radicular. O novo informações podem nos ajudar a entender como a gravidade molda as arquiteturas do sistema radicular", diz Edgar Spalding, professor do Departamento de Botânica da Universidade de Wisconsin e principal autor do estudo.

Matt Hudson, professor do Departamento de Ciências Agrícolas da Universidade de Illinois e coautor do estudo, acrescenta:"Analisamos uma característica pouco pesquisada no milho que é importante por várias razões, especialmente no contexto das mudanças climáticas. E fizemos isso fazendo com que as diferenças evolutivas entre as plantas funcionassem a nosso favor."

O milho e a Arabidopsis, um pequeno parente da mostarda exaustivamente descrito por biólogos de plantas, evoluíram com cerca de 150 milhões de anos de diferença na história evolutiva. Hudson explica que, embora ambas as espécies compartilhem funções básicas das plantas, os genes que as controlam provavelmente foram misturados no genoma ao longo do tempo. Isso acaba sendo uma coisa boa para restringir os genes comuns.

Em espécies intimamente relacionadas, os genes tendem a se alinhar aproximadamente na mesma ordem no genoma (por exemplo, ABCDEF). Embora os mesmos genes possam existir em espécies distantemente relacionadas, a ordem dos genes na região para a qual o traço é mapeado não corresponde (por exemplo, UGRBZ). Depois que os pesquisadores identificaram onde procurar em cada genoma, as sequências de genes incompatíveis fizeram os genes comuns (neste caso B) aparecerem.

“Achei super legal podermos identificar genes que não teríamos encontrado de outra forma apenas comparando intervalos genômicos em espécies de plantas não relacionadas”, diz Hudson. “Estávamos bastante confiantes de que eles eram os genes certos quando saíram dessa análise, mas o grupo de Spalding passou mais sete ou oito anos obtendo dados biológicos sólidos para verificar se eles, de fato, desempenham um papel no gravitropismo. Acho que validamos toda a abordagem para que, no futuro, você possa usar esse método para muitos fenótipos diferentes."

Spalding observa que o método provavelmente foi particularmente bem-sucedido porque medições precisas foram feitas em um ambiente comum.

"Muitas vezes, os pesquisadores de milho medem suas características de interesse em um campo, enquanto os pesquisadores de Arabidopsis tendem a cultivar suas plantas em câmaras de crescimento", diz ele. "Nós medimos o fenótipo do gravitropismo da raiz de uma forma altamente controlada. Essas sementes foram cultivadas em uma placa de Petri, e o ensaio durou apenas algumas horas, ao contrário de características que você pode medir no mundo real que estão abertas a todos os tipos de variabilidades."

Mesmo quando os traços podem ser medidos em um ambiente comum, nem todos os traços são bons candidatos para este método. Os pesquisadores enfatizam que as características em questão devem ser fundamentais para a função básica da planta, garantindo que os mesmos genes antigos existam em espécies não relacionadas.

"O gravitropismo pode ser especialmente passível de estudo por meio dessa abordagem porque teria sido a chave para a especialização original de brotos e raízes após a colonização bem-sucedida da terra", diz Spalding.

Hudson observa que o gravitropismo também será fundamental para a colonização de uma paisagem diferente.

“A NASA está interessada em cultivar em outros planetas ou no espaço e eles precisam saber o que você teria que criar para fazer isso”, diz ele. "As plantas são bastante desconcertadas sem gravidade." + Explorar mais

A proteína transportadora regula o gravitropismo da raiz em Arabidopsis