Eduardo Blumwald (à direita) e Akhilesh Yadav, Ph.D., e outros membros de sua equipe na Universidade da Califórnia, Davis, modificaram o arroz para estimular as bactérias do solo a produzirem mais nitrogênio que as plantas possam usar. [Trina Kleist/UC Davis]
Os pesquisadores usaram o CRISPR para manipular o arroz e estimular as bactérias do solo a fixar o nitrogênio necessário para o seu crescimento. As descobertas poderão reduzir a quantidade de fertilizante azotado necessária para o cultivo, poupando aos agricultores americanos milhares de milhões de dólares todos os anos e beneficiando o ambiente ao reduzir a poluição por azoto.
“As plantas são fábricas químicas incríveis”, disse o Dr. Eduardo Blumwald, distinto professor de ciências vegetais na Universidade da Califórnia, Davis, que liderou o estudo. Sua equipe usou o CRISPR para melhorar a degradação da apigenina no arroz. Eles descobriram que a apigenina e outros compostos causam a fixação bacteriana de nitrogênio.
Seu trabalho foi publicado na revista Plant Biotechnology (“A modificação genética da biossíntese de flavonóides do arroz aumenta a formação de biofilme e a fixação biológica de nitrogênio por bactérias fixadoras de nitrogênio no solo”).
O nitrogênio é essencial para o crescimento das plantas, mas as plantas não podem converter diretamente o nitrogênio do ar em uma forma que possam usar. Em vez disso, as plantas dependem da absorção de nitrogênio inorgânico, como a amônia, produzido por bactérias no solo. A produção agrícola baseia-se na utilização de fertilizantes contendo nitrogênio para aumentar a produtividade das plantas.
“Se as plantas podem produzir produtos químicos que permitem que as bactérias do solo fixem o nitrogênio atmosférico, podemos projetar plantas para produzir mais desses produtos químicos”, disse ele. “Esses produtos químicos estimulam as bactérias do solo a fixar o nitrogênio e as plantas usam o amônio resultante, reduzindo assim a necessidade de fertilizantes químicos.”
A equipa de Broomwald utilizou análises químicas e genómica para identificar compostos nas plantas de arroz – apigenina e outros flavonóides – que melhoram a actividade de fixação de azoto da bactéria.
Eles então identificaram caminhos para a produção de produtos químicos e usaram a tecnologia de edição genética CRISPR para aumentar a produção de compostos que estimulam a formação de biofilme. Esses biofilmes contêm bactérias que melhoram a transformação do nitrogênio. Como resultado, a atividade de fixação de nitrogênio das bactérias aumenta e a quantidade de amônio disponível para a planta aumenta.
“As plantas de arroz melhoradas apresentaram maior rendimento de grãos quando cultivadas em condições de solo com nitrogênio limitado”, escreveram os pesquisadores no artigo. “Nossos resultados apoiam a manipulação da via de biossíntese de flavonóides como forma de induzir a fixação biológica de nitrogênio em grãos e reduzir o conteúdo de nitrogênio inorgânico. Uso de fertilizantes. Estratégias reais.”
Outras plantas também podem usar esta rota. A Universidade da Califórnia solicitou uma patente para a tecnologia e atualmente está aguardando. A pesquisa foi financiada pela Fundação Will W. Lester. Além disso, a Bayer CropScience apoia futuras pesquisas sobre este tema.
“Os fertilizantes nitrogenados são muito, muito caros”, disse Blumwald. “Qualquer coisa que possa eliminar esses custos é importante. Por um lado, é uma questão de dinheiro, mas o azoto também tem efeitos nocivos para o ambiente.”
A maior parte dos fertilizantes aplicados é perdida, infiltrando-se no solo e nas águas subterrâneas. A descoberta de Blumwald poderia ajudar a proteger o meio ambiente, reduzindo a poluição por nitrogênio. “Isso poderia fornecer uma prática agrícola alternativa sustentável que reduziria o uso de fertilizantes nitrogenados em excesso”, disse ele.