O Dr. Eduardo Blumwald (à direita), 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 podem usar. [Trina Kleist/UC Davis]
Pesquisadores usaram a tecnologia CRISPR para modificar geneticamente o arroz, estimulando as bactérias do solo a fixarem o nitrogênio necessário para o seu crescimento. As descobertas podem reduzir a quantidade de fertilizantes nitrogenados necessários para o cultivo, economizando bilhões de dólares por ano para os agricultores americanos e beneficiando o meio ambiente ao reduzir a poluição por nitrogênio.
“As plantas são fábricas químicas incríveis”, disse o Dr. Eduardo Blumwald, professor emérito de ciências vegetais da Universidade da Califórnia, Davis, que liderou o estudo. Sua equipe usou a tecnologia CRISPR para aumentar a degradação da apigenina no arroz. Eles descobriram que a apigenina e outros compostos estimulam a fixação bacteriana de nitrogênio.
O trabalho deles 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 do solo”).
O nitrogênio é essencial para o crescimento das plantas, mas elas não conseguem converter diretamente o nitrogênio do ar em uma forma que possam utilizar. Em vez disso, as plantas dependem da absorção de nitrogênio inorgânico, como a amônia, produzido por bactérias no solo. A produção agrícola baseia-se no uso de fertilizantes nitrogenados para aumentar a produtividade das plantas.
“Se as plantas conseguem produzir substâncias químicas que permitem que as bactérias do solo fixem o nitrogênio atmosférico, podemos modificar geneticamente as plantas para que produzam mais dessas substâncias”, disse ele. “Essas substâncias químicas estimulam as bactérias do solo a fixar o nitrogênio e as plantas utilizam o amônio resultante, reduzindo assim a necessidade de fertilizantes químicos.”
A equipe de Broomwald utilizou análises químicas e genômica para identificar compostos em plantas de arroz – apigenina e outros flavonoides – que aumentam a atividade de fixação de nitrogênio das bactérias.
Em seguida, identificaram vias de produção desses compostos químicos e utilizaram a tecnologia de edição genética CRISPR para aumentar a produção de substâncias que estimulam a formação de biofilmes. Esses biofilmes contêm bactérias que intensificam a transformação do nitrogênio. Como resultado, a atividade de fixação de nitrogênio pelas bactérias aumenta, assim como a quantidade de amônio disponível para a planta.
“Plantas de arroz melhoradas apresentaram maior rendimento de grãos quando cultivadas em condições de limitação de nitrogênio no solo”, escreveram os pesquisadores no artigo. “Nossos resultados apoiam a manipulação da via de biossíntese de flavonoides como uma forma de induzir a fixação biológica de nitrogênio nos grãos e reduzir o teor de nitrogênio inorgânico. Uso de fertilizantes. Estratégias reais.”
Outras plantas também podem usar essa rota. A Universidade da Califórnia solicitou uma patente para a tecnologia e está aguardando a aprovação. A pesquisa foi financiada pela Fundação Will W. Lester. Além disso, a Bayer CropScience apoia novas pesquisas sobre o 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 nitrogênio também tem efeitos nocivos ao meio ambiente.”
A maior parte dos fertilizantes aplicados se perde, infiltrando-se no solo e nas águas subterrâneas. A descoberta de Blumwald pode ajudar a proteger o meio ambiente, reduzindo a poluição por nitrogênio. "Isso poderia fornecer uma prática agrícola alternativa e sustentável que reduziria o uso excessivo de fertilizantes nitrogenados", disse ele.