As plantas passam o dia todo criando alimentos a partir da luz solar usando a fotossíntese – um processo de mais de 100 etapas que os pesquisadores estão trabalhando para melhorar sua eficiência nas culturas para, em última análise, fornecer mais rendimento. Quando as folhas das culturas estão em plena luz solar, como nos campos abertos, suas moléculas de clorofila verde recebem mais energia luminosa do que podem usar. Se essa energia não for dissipada das moléculas, elas reagirão com o oxigênio para produzir agentes branqueadores que podem destruir a folha, custando às plantas até 10 a 30% de sua capacidade de fotossíntese.
As plantas, no entanto, evoluíram para desenvolver vários mecanismos fotoprotetores para evitar danos, chamados de extinção não fotoquímica (NPQ) dos estados excitados da clorofila. Ao acelerar o processo de relaxamento do NPQ, os pesquisadores poderiam aumentar a eficiência da fotossíntese nas culturas.

Em um estudo recente, publicado no Journal of Visualized Experiments , pesquisadores do RIPE da Universidade de Illinois e da Universidade de Cambridge relataram um método de alto rendimento para triagem de taxas de relaxamento de NPQ em plantas cultivadas em campo, com o potencial de auxiliar na identificação de genótipos com características benéficas, desenvolvendo um pulso modulado por amplitude (PAM) análise de fluorescência de clorofila.

"O NPQ pode ser medido usando uma variedade de fluorômetros PAM disponíveis comercialmente, desde simples dispositivos portáteis até sistemas fechados mais avançados", disse Dhananjay Gotarkar, pesquisador de pós-doutorado em Illinois, que liderou este trabalho para um projeto de pesquisa chamado Realizing Increase Photosynthetic Eficiência (RIPE). "Há uma limitação no uso de várias dessas abordagens devido ao seu rendimento relativamente baixo, o que torna a triagem de grandes coleções de plantas desafiadora sem vários dispositivos e uma equipe de pesquisadores".

O RIPE é um projeto de pesquisa internacional que visa aumentar a produção global de alimentos, desenvolvendo culturas alimentares que transformam a energia do sol em alimentos de forma mais eficiente com o apoio da Fundação Bill &Melinda Gates, Fundação para Pesquisa em Alimentos e Agricultura e Relações Exteriores, Commonwealth e Desenvolvimento do Reino Unido Escritório.

Com base em pesquisas anteriores, a equipe usou a análise de fluorescência de clorofila PAM de discos de folhas para triagem de alto rendimento de taxas de relaxamento de NPQ em soja cultivada em campo que tem a principal vantagem em comparação com a análise sequencial de plantas individuais.

“Como as medições convencionais são feitas por planta, o uso desse procedimento abre a possibilidade de testar centenas de genótipos em um dia e o potencial de realizar estudos de associação de todo o genoma”, disse Steven Burgess, autor deste estudo. "Este protocolo é projetado para analisar soja cultivada em campo, mas pode ser modificado para amostragem e medição de material cultivado em estufa ou outras plantas superiores".

Em seu artigo, a equipe de pesquisadores estabeleceu seu protocolo desde o plantio de sementes no verão de 2021 até a coleta de amostras de folhas do campo e o processamento e medição de dados de fluorescência da clorofila NPQ. A equipe constatou que para obter medições confiáveis ​​do NPQ, vários componentes precisam ser levados em consideração, como a escolha e o manuseio dos discos de folha. Por exemplo, o manuseio brusco com pinças pode causar estresse no tecido foliar, e as taxas de ativação e relaxamento do NPQ podem variar com a idade da folha e o estágio de desenvolvimento da planta, todos os quais são elementos a serem observados para reduzir o ruído experimental.

"Ao identificar os principais gargalos que dificultam a eficiência fotossintética, podemos descobrir como ajudar as plantas a crescer de forma mais produtiva", disse Johannes Kromdijk, professor da Universidade de Cambridge, que contribuiu para este estudo. “Esta abordagem envolve maneiras mais rápidas de analisar dados e a análise de fluorescência de clorofila PAM é uma técnica poderosa para medir a eficiência fotossintética, fornecendo-nos um meio de medir muitos genótipos simultaneamente”. + Explorar mais

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