A seca é uma das maiores ameaças aos sistemas agrícolas, resultando em rendimentos imprevisíveis das colheitas, declínio na receita agrícola e aumento de surtos de doenças. Somente nos Estados Unidos, a seca custou ao país US$ 249 bilhões desde a década de 1980. Uma solução potencial para aumentar a resiliência das culturas é a inoculação de sementes com bactérias, também conhecidas como. plantas "probióticos" que são conhecidos por melhorar a tolerância à seca de uma planta. Embora os cientistas tenham identificado muitos micróbios que se mostram promissores em laboratório, replicar sua eficácia em estudos de campo agrícolas se mostra muito mais difícil, em grande parte devido à complexa variação ambiental no mundo real.
Nova pesquisa liderada por Rebecca Bart, Ph.D., Membro Associado, Donald Danforth Plant Science Center, e seus colegas enfrentaram o desafio de preencher a lacuna entre os estudos de laboratório e de campo relacionados às interações microbianas das culturas e sua influência na tolerância à seca. Seu trabalho tem o potencial de acelerar a adaptação das culturas às condições de seca e simplifica as descobertas do laboratório para os agricultores no campo. Sua pesquisa seminal foi publicada recentemente no The ISME Journal e eLife .

Os autores adotaram uma abordagem em nível de sistemas para identificar micróbios que afetaram a resposta à seca no sorgo, trabalho que abrangeu "ambientes estéreis e controlados" no laboratório, para experimentos de campo repletos de propriedades complexas do solo, topografia irregular e acúmulo não uniforme de umidade da água . A equipe descobriu que pelo menos seis micróbios que causaram defeitos no desenvolvimento das raízes no laboratório – prejudicando a altura das mudas de sorgo – também estavam afetando negativamente o crescimento do sorgo no campo.

"O grande avanço aqui", disse o autor correspondente Bart, "é que observamos padrões semelhantes em um ambiente controlado e no campo. Esse resultado nos diz que nossas observações de laboratório são reais e relevantes para a agricultura". Surpreendentemente, a equipe de pesquisa também identificou um novo micróbio que promoveu o crescimento das raízes, uma característica crítica para melhorar a resiliência das culturas à seca.

A pesquisa, que ocorreu ao longo dos últimos cinco anos, não foi isenta de desafios. “A variação ambiental torna o mundo real um lugar barulhento para conduzir a ciência”, escreveu o primeiro autor e cientista de dados sênior do Danforth Center, Jeffrey Berry. Os autores precisavam desenvolver um modelo para explicar variáveis ​​biológicas confusas em experimentos de campo – fatores como pH do solo e teor de fosfato, que podem variar muito em um local de campo.

Ao combinar conjuntos de dados gigantes e multivariados de colaboradores de várias instituições, inclusive da Universidade de Nebraska-Lincoln, Iowa State University, Washington State University, University of North Carolina-Chapel Hill, Colorado State University e Joint Genome Institute, Berry conseguiu usar modelos computacionais sofisticados para entender e superar a variação no campo.

O resultado foi um modelo estatístico inédito que levou em conta as propriedades do solo que influenciaram as características das culturas e dos micróbios. Os autores agora podem comparar seus resultados entre o laboratório e o campo sem se preocupar em como a variação ambiental pode estar alterando suas observações de campo. "Jeff descobriu como conectar algumas peças de quebra-cabeça realmente complicadas", concluiu Bart.

Além de lidar com estatísticas complicadas e colaborar com cientistas de todo o país, parte do sucesso das equipes foi ter acesso à infraestrutura de pesquisa incomparável do Danforth Center. Por exemplo, os autores usaram o The Bellwether Foundation Phenotyping Facility para visualizar e quantificar como a seca e os tratamentos com micróbios afetaram o crescimento e o desenvolvimento do sorgo como parte de seus experimentos de laboratório controlados.

A equipe está começando a replicar sua metodologia em outros sistemas de cultivos como o milho, e planos de pesquisa futuros para este trabalho serão alojados no novo Centro de Influências Subterrâneas sobre Nitrogênio e Carbono (SINC) do Centro Danforth, co-dirigido por Bart e três outros Membros do Centro Danforth. + Explorar mais

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