As leguminosas são uma família de plantas amplamente consumida que serve como fonte significativa de proteína na dieta, fibra, e outros nutrientes essenciais. Eles obtêm nitrogênio por meio de um processo especializado conhecido como nodulação, uma parceria simbiótica em que as bactérias do solo infectam a raiz de uma planta, formar nódulos semelhantes a bulbos, e converter nitrogênio em uma forma favorável às plantas. Entender como a nodulação é regulamentada pode auxiliar os esforços ambientais para melhorar a eficiência da cultura de leguminosas e reduzir a necessidade de fertilizantes químicos.

Em um estudo publicado em Nature Communications , pesquisadores da Universidade de Tsukuba identificaram agora uma via genética chave na leguminosa Lotus japonicus que controla a nodulação em resposta aos níveis de nitrogênio no solo.

O nitrogênio é um elemento essencial para todos os organismos vivos, como é usado para fazer os blocos de construção orgânicos da vida:DNA, RNA, e proteína. Para legumes, a obtenção (ou "fixação") de nitrogênio por meio de nódulos tem um custo, porque a planta precisa gastar energia e recursos para sustentar a bactéria. Devido a esta troca, as leguminosas devem manter um equilíbrio bem ajustado de nodulação.

"Nódulos de raiz se formam em resposta a baixos níveis de moléculas de nitrogênio fixas no solo, como nitrato, "A autora principal Hanna Nishida explica." Quando a concentração de nitrato do solo aumenta, as leguminosas podem responder inibindo a nodulação da raiz. O mecanismo desta resposta era desconhecido, no entanto, portanto, nosso objetivo era identificar como a regulação dependente de nitrato acontece nessas plantas. "

A equipe de pesquisa realizou uma triagem genética, mutando quimicamente os genes de L. japonicus e procurando mutações que tornassem os nódulos sem resposta ao nitrato. Eles encontraram um gene, que eles denominaram de simbiose não responsiva ao nitrato 1 (NRSYM1), que, quando sofre mutação, faz com que a leguminosa continue formando novos nódulos, mesmo quando o nitrato está no solo. Além disso, eles descobriram que a mesma mutação interrompe a regulação do nódulo em vários outros pontos-chave de controle - em plantas com deficiência de NRSYM1, nitrato não pode mais prevenir o crescimento de nódulos existentes, impedir que os nódulos fixem nitrogênio, ou evitar que bactérias infectem as raízes em primeiro lugar.

Tendo confirmado o papel essencial do NRSYM1, a equipe começou a descobrir como ele exerce seus inúmeros efeitos sobre a nodulação. Eles determinaram que NRSYM1 codifica um fator de transcrição - uma proteína que, na presença de nitrato, ativa diretamente outro gene que impede a formação de novos nódulos. Embora a ligação entre NRSYM1 e os outros pontos de controle ainda não esteja clara, os pesquisadores acreditam que seu estudo estabelece as bases para futuras descobertas.

"O controle da nodulação radicular é um processo complexo que provavelmente envolve múltiplas vias de sinalização, "O autor correspondente, Takuya Suzaki, observa." Nossa descoberta de que o NRSYM1 é um regulador da expressão gênica sensível a nitrato é importante, uma vez que abre a porta para encontrar outros alvos genéticos regulados por este fator. Vemos isso como um passo significativo na compreensão de como as leguminosas respondem ao nitrogênio do solo, e temos esperança de que isso ajude a informar os programas de melhoramento e os esforços de engenharia genética que visam melhorar a eficiência do cultivo. "