Pesquisadores identificam genes importantes para a adaptação e determinam que as raízes são a chave para o milho tolerante à seca
Três plantas de milho diferentes após uma seca e subsequente re-irrigação. Nas duas plantas à direita, um gene foi desligado com o efeito de que crescem menos raízes seminais e mais raízes laterais. Recuperaram-se significativamente melhor após um período de seca do que a planta com o gene intacto (à esquerda). Crédito:AG Hochholdinger/Uni Bonn Um estudo internacional liderado pela Universidade de Bona demonstrou agora o importante papel do sistema radicular da planta no milho, uma cultura que pode crescer com sucesso em condições locais muito diferentes.
Para o estudo, os pesquisadores analisaram mais de 9 mil variedades e conseguiram mostrar que suas raízes variavam consideravelmente – dependendo do quão seco era o local onde cada variedade era cultivada.
Eles também foram capazes de identificar um gene importante que desempenha um papel na capacidade de adaptação da planta. Este gene poderá ser a chave para o desenvolvimento de variedades de milho que resistam melhor às alterações climáticas.
Esses resultados foram publicados recentemente na Nature Genetics .
É uma planta arbustiva com caules altamente ramificados. Orelhas do tamanho de um dedo crescem das axilas de suas folhas alongadas e cada uma delas consiste em uma dúzia de sementes duras como pedra. É preciso olhar bem de perto para reconhecer o parentesco com uma das plantas cultivadas mais importantes do mundo. E, no entanto, todos os especialistas concordam que o género teosinto é a forma ancestral de todas as variedades modernas de milho.
Os agricultores do sudoeste do México começaram a selecionar a descendência de plantas de teosinto que produziam mais grãos, e os grãos mais saborosos, há mais de 9.000 anos. As culturas modernas de milho foram cultivadas desta forma ao longo de muitas gerações e agora o milho é cultivado em todos os continentes.
“Sabemos que a aparência das plantas mudou significativamente durante este período e, por exemplo, as espigas tornaram-se muito maiores e mais prolíficas”, explica o Prof. Frank Hochholdinger do Instituto de Ciência de Culturas e Conservação de Recursos (INRES) em a Universidade de Bonn.
"Até agora, relativamente pouco se sabe, no entanto, sobre como o sistema radicular se desenvolveu durante este período de domesticação e depois."
Quanto mais seca a região, menos raízes seminais as variedades de milho ali cultivadas tinham em média (figura preta; o gráfico circular mostra a proporção de variedades com até uma raiz seminal a amarelo, com até três raízes seminais a verde e com mais do que três raízes seminais em azul). Crédito:AG Hochholdinger/Universidade de Bonn
Raízes em charutos de papel
Isso agora mudou graças ao novo estudo. Nos últimos oito anos, os grupos de investigação participantes investigaram cerca de 9.000 variedades de milho e 170 variedades de teosinto em todo o mundo. Os pesquisadores coletaram as sementes e as colocaram em um papel marrom especial, que foi enrolado em forma de charuto e armazenado na vertical em estreitos copos de vidro.
“Por volta de 14 dias após a germinação, desenrolamos o papel para observar o desenvolvimento inicial das raízes sem a interferência de qualquer solo aderido a elas”, diz Hochholdinger.
Em cooperação com um grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Robert Koller (Forschungszentrum Jülich), os pesquisadores também estudaram o crescimento das raízes no solo. Eles usaram um método mais conhecido no campo da medicina para esse fim – a ressonância magnética.
Os resultados mostraram como a estrutura da raiz mudou radicalmente durante a domesticação do teosinto para o milho cultivado.
“Nas variedades de milho, muitas vezes encontramos raízes seminais logo após a germinação – com até 10 ou mais dessas raízes em algumas variedades”, explica o Dr. Peng Yu, que é chefe de um grupo de pesquisa Emmy Noether no INRES e recentemente aceitou a oferta de uma cátedra na TU Munique. "Este não é o caso do teosinto."
As raízes seminais dão às plântulas uma vantagem inicial em condições óptimas:permitem-lhes absorver muito rapidamente grandes quantidades de nutrientes do solo. “No entanto, notamos que outro tipo de raiz – as raízes laterais – sofre como consequência”, diz Yu.
As raízes laterais são especialmente importantes para a absorção de água porque aumentam muito a superfície da raiz. Esta é provavelmente a razão pela qual o número de raízes seminais varia consideravelmente dependendo da variedade:As variedades de milho que se adaptaram às condições de seca produzem significativamente menos raízes seminais e mais raízes laterais. Ao criar estas variedades, os agricultores no passado selecionavam, sem saber, plantas que levaram ao desenvolvimento desta estrutura radicular.
160 genes candidatos identificados
Os pesquisadores também investigaram qual material genético era responsável pelo crescimento das raízes seminais e conseguiram identificar mais de 160 genes candidatos. “Nós estudamos então um desses genes chamado ZmHb77 com mais detalhes”, diz Hochholdinger. “Percebemos que as plantas com esse gene cresceram mais sementes seminais e, ao mesmo tempo, menos raízes laterais”.
Os pesquisadores desligaram deliberadamente esse gene em algumas plantas e conseguiram alterar a estrutura das raízes para que pudessem tolerar melhor os períodos de seca. “Este gene é, portanto, importante para o cultivo de variedades tolerantes à seca”, explica o investigador. “Tendo em conta as alterações climáticas, estas variedades tornar-se-ão cada vez mais importantes se quisermos evitar cada vez mais perdas de colheitas no futuro”.
