Uma equipe de cientistas descobriu o segredo genético por trás de como as plantas podem tolerar altos níveis de alumínio no solo, um grande problema que diminui a produtividade agrícola em todo o mundo.

A equipe, co-liderada pela Universidade da Califórnia, em Riverside, e pelo Instituto Boyce Thompson, descobriu que uma única mutação em um gene regulador permite que as raízes da planta modelo Arabidopsis thaliana cresçam normalmente, mesmo em solos altamente ácidos – condições que normalmente prejudicam o crescimento. o crescimento da planta e limitam a absorção de nutrientes e água.

As descobertas, publicadas hoje na revista Nature Plants, podem levar ao desenvolvimento de culturas mais tolerantes ao solo ácido, ajudando assim a aumentar a produção de alimentos e a aliviar a fome global, disse o biólogo vegetal da UCR, Long Jiang, que co-liderou o estudo.

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, e solos altamente ácidos contendo alumínio estão disseminados em muitas partes do mundo. Solos ácidos podem resultar de intemperismo natural e podem ser agravados por atividades humanas, como o uso excessivo de fertilizantes nitrogenados.

Os efeitos tóxicos do alumínio nas plantas estão bem documentados, incluindo crescimento atrofiado das raízes, redução da absorção de água e nutrientes e inibição da divisão e expansão celular. Estes efeitos podem afectar gravemente o rendimento e a qualidade das colheitas, colocando desafios significativos à segurança alimentar global.

Apesar da prevalência e do impacto da toxicidade do alumínio no solo, os mecanismos moleculares subjacentes à tolerância ao alumínio nas plantas não são bem compreendidos. Para colmatar esta lacuna de conhecimento, Jiang e a sua equipa decidiram investigar como as plantas de Arabidopsis respondem ao stress do alumínio.

Usando uma abordagem de triagem genética, os pesquisadores identificaram um único gene, designado como ART1 (FATOR 1 DE TRANSCRIÇÃO DE RESPOSTA DO ALUMÍNIO), que desempenha um papel crucial na tolerância ao alumínio. ART1 codifica um fator de transcrição, uma proteína que regula a expressão de outros genes.

Os pesquisadores descobriram que uma única mutação no gene ART1 levou ao aumento da tolerância ao estresse por alumínio nas plantas de Arabidopsis. As raízes das plantas mutantes apresentaram crescimento e desenvolvimento normais mesmo em solos altamente ácidos, em contraste com as raízes atrofiadas das plantas selvagens.

Outras experiências revelaram que o ART1 regula a expressão de múltiplos genes envolvidos na desintoxicação do alumínio, no desenvolvimento das raízes e na homeostase celular. Ao alterar a expressão destes genes, o ART1 ajuda as plantas a lidar com o stress do alumínio e a manter o crescimento das raízes.

“Nossas descobertas fornecem novos insights sobre os mecanismos moleculares de tolerância ao alumínio nas plantas”, disse Jiang. “Ao manipular a atividade do ART1, poderá ser possível desenvolver culturas com maior tolerância a solos ácidos, o que poderá ter um impacto significativo na produção de alimentos e na segurança alimentar global.”

O estudo foi apoiado por doações da National Science Foundation, do Departamento de Agricultura dos EUA e do Conselho de Bolsas da China.