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Adaptação genética local ajuda a esconder a cultura do sorgo das ervas daninhas
As culturas de sorgo em áreas onde o striga do parasita agrícola, também conhecido como erva-bruxa, são comuns têm mais chances de ter adaptações genéticas para ajudá-los a resistir ao parasita
Por Gail McCormick - 12/02/2020


A erva-bruxa parasita da planta, que tem flores brilhantes, possui uma
variedade de hospedeiros, incluindo o importante sorgo para a colheita
de cereais. Um novo estudo revela que as plantas de sorgo onde a
erva-bruxa é mais prevalente são localmente adaptadas para lidar com o parasita
por sofrer uma mutação no gene LGS1. 

As culturas de sorgo em áreas onde o striga do parasita agrícola, também conhecido como erva-bruxa, são comuns têm mais chances de ter adaptações genéticas para ajudá-los a resistir ao parasita, de acordo com uma nova pesquisa liderada por cientistas da Penn State. Alterações no gene LGS1 afetam alguns dos hormônios da colheita, dificultando a localização dos parasitas no solo, pelo menos em algumas regiões. As mudanças, no entanto, podem ter um custo, afetando os sistemas relacionados à fotossíntese e talvez o crescimento. O novo estudo de uma equipe internacional de pesquisadores aparece on-line em 11 de fevereiro de 2020, na revista Proceedings da National Academy of Sciences e pode, eventualmente, informar estratégias para o gerenciamento do parasita.

A erva-bruxa é uma das maiores ameaças à segurança alimentar na África, causando bilhões de dólares em perdas de colheitas anualmente. Possui uma variedade de hospedeiros, incluindo o sorgo , a quinta colheita de cereais mais importante do mundo.

"Queríamos saber se as plantas de sorgo em áreas com alta prevalência de parasitas foram adaptadas localmente por ter mutações no LGS1 ", disse Jesse Lasky, professor assistente de biologia da Penn State e principal autor do artigo. "Muitas vezes pensamos na adaptação local de culturas agrícolas em relação a fatores como temperatura, seca ou salinidade. Por exemplo, se plantas em uma região particularmente seca fossem localmente adaptadas para ter genes associados à tolerância à seca, poderíamos potencialmente produzir esses genes para resistir à seca. Queríamos saber se você poderia ver esse mesmo tipo de adaptação local a algo biótico, como um parasita ".

Os pesquisadores modelaram a prevalência de erva-bruxa em toda a África e compararam a presença de mutações no LGS1 que, acredita-se, conferem alguma resistência ao sorgo. Eles descobriram que essas mutações eram mais comuns em áreas com alta prevalência de parasitas, sugerindo que as plantas de sorgo nessas áreas podem ser localmente adaptadas para lidar com o parasita.

"As mutações do LGS1 foram generalizadas em toda a África, onde os parasitas eram mais comuns, o que sugere que eles são benéficos", disse Emily Bellis, pesquisadora de pós-doutorado na Penn State na época do estudo e primeira autora do artigo. Bellis é atualmente professor assistente de bioinformática na Arkansas State University. "Mas essas mutações não eram muito comuns e quase ausentes fora das regiões propensas a parasitas. Isso indica que também pode haver um custo, ou compensação, em ter essas mutações".

Para entender melhor os efeitos das mutações no LGS1, os membros da equipe de pesquisa da Corteva Agriscience usaram a tecnologia de edição de genes CRISPR-Cas9 para replicar as mutações no laboratório. A perda da função LGS1 pareceu conferir resistência à erva daninha em seus experimentos, já que os parasitas apresentaram taxas de germinação baixas ou nulas, sugerindo que os parasitas não tiveram tanto sucesso em encontrar a cultura para se reproduzir. Mas os parasitas coletados de diferentes localizações geográficas na África foram afetados de diferentes maneiras.

"A germinação de parasitas de uma população na África Ocidental foi efetivamente interrompida em condições ricas em nutrientes e pobres em nutrientes, mas ainda vimos germinação de até 10% para uma população da África Oriental quando os nutrientes eram limitados", disse Bellis. "Isso é definitivamente uma melhoria, mas pode haver milhares de parasitas no solo; portanto, até 10% da germinação pode ser problemática, especialmente nas pequenas propriedades onde essas culturas são predominantemente cultivadas".

Sabe-se que as mutações no LGS1 afetam os hormônios estrigolactona que o sorgo libera de suas raízes. Como o parasita usa esses hormônios para encontrar sorgo, a alteração dos hormônios torna a planta praticamente invisível ao parasita. Mas as estrigolactonas também são importantes para a comunicação com fungos micorrízicos, que desempenham um papel importante na aquisição de nutrientes pela planta. O novo estudo constatou que a perda da função LGS1 nas plantas modificadas também afetou sistemas relacionados à fotossíntese e afetou sutilmente o crescimento.

"Pode ser que as plantas com mutações no LGS1 sejam melhores em se esconder dos parasitas, mas sejam menos produtivas", disse Lasky. "Essa troca potencial pode explicar a prevalência relativamente baixa dessas mutações no sorgo em toda a África".

Os pesquisadores também identificaram várias mutações em outros genes relacionados à prevalência de parasitas, que podem refletir a adaptação local. Os pesquisadores planejam investigar esses genes - alguns dos quais estão envolvidos no fortalecimento da parede celular, para ver se eles também podem conferir resistência ao parasita.

"Eventualmente, gostaríamos de olhar para outras plantas hospedeiras de striga na África importantes para fazer perguntas semelhantes", disse Lasky. "Se realmente observarmos a adaptação local ao parasita e encontrarmos genes que conferem resistência com poucas compensações, poderemos capitalizar isso sob uma perspectiva de gerenciamento".

 

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