A investigação liderada por Salomé Prat, do CRAG-Centro de Investigação em Genómica Agrícola, em Espanha, abre caminho para reduzir a dependência de fertilizantes e para práticas agrícolas sustentáveis, melhorando a eficiência do uso de azoto no cultivo de batatas. “A novidade da nossa investigação reside em termos descoberto o duplo papel de StCDF1 na regulação tanto da tuberização como das vias de assimilação do azoto. Este conhecimento revela novos alvos genéticos e moleculares para melhorar a utilização do azoto na batata”, salientou a cientista.
Num mundo em que a segurança alimentar é cada vez mais ameaçada pelas mudanças climáticas e pelo crescimento populacional, os investigadores recorrem a soluções genéticas para melhorar a resistência das culturas. Um estudo recente liderado por Salomé Prat, investigadora do Centro de Investigação em Genómica Agrícola, em Espanha, revelou descobertas pioneiras sobre o papel do gene StCDF1 na eficiência do uso do azoto na batata (Solanum tuberosum), alimento básico de milhões de pessoas.
O estudo, publicado no New Phytologist em colaboração com o grupo de Christian Bachem, da Universidade de Wageningen (WUR), amplia o papel de StCDF1 para além da sua função até agora conhecida como regulador central da tuberização diurna. A formação de tubérculos é uma estratégia adaptativa das plantas de batata para sobreviver ao inverno e é desencadeada quando a duração do dia é mais curta e as temperaturas mais frias são percebidas pela planta como a chegada do inverno.
Maroof Ahmed Shaikh, primeiro autor do estudo, aponta que “a integração desses sinais ambientais favorece a formação de tubérculos. Estes órgãos permanecem latentes no solo durante o inverno e despertam na primavera para formar uma nova planta. Muitas vezes notamos esse despertar nas nossas casas quando as batatas mais velhas começam a brotar”.
Nas batatas selvagens, a formação de tubérculos depende estritamente dos dias curtos. No entanto, os cultivares modernos possuem mutações num locus chamado precocidade que lhes permite escapar a esse controlo estrito. Esta adaptação ocorreu após a introdução da batata na Europa, dando origem a variedades de maturação precoce com uma ou mais cópias desses alelos. Estas mutações de origem natural aumentam a estabilidade do fator StCDF1, um ator chave na via da duração do dia que modula a expressão de SP6A, membro da família FLOWERING LOCUS T e principal sinal de tuberização.
Melhoria da utilização do azoto através de inovações genéticas
Os resultados do estudo revelam que StCDF1 não só atua como regulador da via de tuberização, mas também controla diretamente a expressão de vários genes envolvidos na assimilação e transporte de azoto. Através de uma combinação de estudos de ligação ao DNA e de expressão génica, os investigadores observaram que StCDF1 liga-se à região promotora da Nitrato redutase (StNR), uma enzima que catalisa o passo que limita a velocidade de redução do nitrato dentro da célula. Surpreendentemente, as batatas possuem uma única cópia do gene StNR, ao contrário da maioria das plantas, que têm várias cópias, o que lhes permite uma maior eficiência na utilização do nitrato.
A investigação utilizou técnicas avançadas, como a DAP-seq (purificação e sequenciação por afinidade do DNA), para identificar os alvos diretos de StCDF1. Este método revelou picos de reconhecimento de DNA em vários genes sensíveis ao azoto.
As linhas knock-down de StCDF1, que reduziram os níveis de transcrição, mostraram um melhor desempenho em condições de limitação de azoto devido à falta de repressão de StNR. Com o StCDF1 silenciado, as plantas de batata podiam expressar mais StNR, o que conduzia a uma melhor utilização do azoto. Além disso, a descoberta de polimorfismos na região reguladora do StNR indica que estas variações genéticas podem ter evoluído nos primeiros cultivares de batata como mecanismo compensatório, ajudando as plantas a adaptarem-se aos efeitos adversos da estabilização do StCDF1, melhorando assim a sua capacidade de assimilação do azoto.
Salomé Prat destacou a importância dessas descobertas: “A novidade da nossa investigação reside em termos descoberto o duplo papel de StCDF1 na regulação tanto da tuberização como das vias de assimilação do azoto. Este conhecimento revela novos alvos genéticos e moleculares para melhorar a utilização do azoto na batata”.
Implicações para a sustentabilidade da agricultura
As implicações desta investigação são profundas e contribuem para o objetivo mais amplo da agricultura sustentável. O estudo fornece alvos moleculares que podem ser utilizados para o desenvolvimento de variedades de batata climaticamente inteligentes que requeiram menos aportes de nitrato para uma produção elevada de tubérculos. Os melhoradores de plantas poderiam aproveitar esses conhecimentos para desenvolver variedades de batata menos dependentes dos fertilizantes químicos.
Em conclusão, este estudo não só enriquece a nossa compreensão da biologia da batata, como também serve como um raio de esperança para a agricultura sustentável, demonstrando o poder da ciência das plantas para enfrentar os desafios globais. Aproveitando os avanços genéticos, o setor agrícola pode avançar para práticas mais resilientes e benéficas para o ambiente, garantindo a segurança alimentar das gerações futuras.
Saiba mais no Centro de Investigação em Genómica Agrícola.
O artigo foi publicado originalmente em CiB – Centro de Informação de Biotecnologia.