Descoberto gene que faz crescer raízes do milho

A descoberta de um gene que regula o ângulo de crescimento da raiz do milho é uma nova ferramenta para permitir o cultivo de safras de enraizamento mais profundo com maior capacidade de absorver nitrogênio, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pela Penn State.

O gene, chamado ZmCIPK15 - um apelido que indica onde ele está localizado no genoma e como funciona - foi encontrado ausente em uma linhagem de milho mutante de ocorrência natural que cria raízes em ângulos mais íngremes que as fazem penetrar mais fundo no solo. Eles identificaram o gene usando uma técnica chamada estudo de associação de todo o genoma, que envolve uma análise estatística meticulosa de um conjunto de variantes genéticas de todo o genoma em diferentes linhagens de plantas para ver quais genes estão associados a uma característica.

Identificar um gene que controla o ângulo de crescimento da raiz no milho - influenciando a profundidade em que as raízes forrageiam - é importante porque as raízes mais profundas têm uma capacidade maior de capturar nitrogênio, de acordo com o líder da equipe de pesquisa Jonathan Lynch, distinto professor de ciência das plantas na Penn State's Faculdade de Ciências Agrárias. O milho com maior capacidade de absorver nitrogênio tem implicações para o meio ambiente, a economia e a segurança alimentar do mundo, observou ele.

"O milho é a cultura mais importante do mundo. Em países ricos como os Estados Unidos, o maior custo energético, econômico e ambiental do cultivo do milho é o fertilizante de nitrogênio", disse Lynch. "E mais da metade do fertilizante de nitrogênio aplicado ao milho nem mesmo é absorvido. É simplesmente desperdiçado - lavado mais profundamente no solo, onde polui as águas subterrâneas, e parte dele vai para a atmosfera como gás de efeito estufa, óxido nitroso. problema enorme. "

Por outro lado, em regiões como a África, onde as pessoas dependem mais do milho para se alimentar, os solos são deficientes em nitrogênio e os agricultores não têm dinheiro para comprar fertilizantes, se houver, acrescentou Lynch. A produção de milho na África é apenas uma fração do que é nos EUA. O milho com raízes mais profundas ajudaria os países pobres a colher mais alimentos com a quantidade limitada de nitrogênio de que dispõem.

Para encontrar o gene que regula o ângulo das raízes, pesquisadores da Penn State examinaram quase 500 linhas de milho ao longo de quatro anos na África do Sul. Experimentos de campo no Russel E. Larson Agricultural Research Center da Penn State e experimentos em estufa no campus University Park foram conduzidos para confirmar o fenótipo das plantas mutantes e selvagens e para testar a utilidade funcional das mudanças no ângulo da raiz para a captura de nitrogênio.

Os pesquisadores observaram uma grande variação nos ângulos da raiz da coroa no milho, variando de raso a íngreme. Eles relataram que um ângulo de crescimento mais acentuado da raiz melhorou significativamente a captura de nitrogênio. Crédito: Hannah Schneider / Penn StatE
Raízes de plantas selecionadas foram escavadas e medidas, validando a importância funcional do gene ZmCIPK15. Isso causou uma mudança de aproximadamente 10 graus no ângulo da raiz, observou Hannah Schneider, ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório Lynch, agora membro do corpo docente da Universidade de Wageningen na Holanda, que liderou a pesquisa.

"Junto com a aquisição de nitrogênio profundo aprimorado, esperávamos ver que o ângulo de crescimento mais íngreme das raízes dos mutantes cipk15 resultaria em melhor desempenho na seca, mas em nossos experimentos, isso não se traduziu em melhoria do estado da água da planta", disse ela. "No entanto, isso só pode ser porque temos dificuldade em simular as condições de seca na Pensilvânia."

Em descobertas publicadas recentemente na Plant, Cell and Environment , os pesquisadores relataram que um ângulo de crescimento mais acentuado da raiz melhorou significativamente a captura de nitrogênio. Em estudos de campo com disponibilidade subótima de nitrogênio, o mutante cipk15 com ângulos de crescimento mais íngremes teve 18% maior biomassa da parte aérea e 29% maior acúmulo de nitrogênio na parte aérea em comparação ao tipo selvagem, após 70 dias de crescimento.

Os resultados da pesquisa são reveladores, destacou Lynch, admitindo que ficou surpreso com o resultado. É bastante incomum, quando você derrubar algo, que a planta fique melhor, explicou ele. Porque as plantas são como máquinas bem ajustadas.

"Você tira um gene dessa máquina bem ajustada e não espera que funcione melhor, mas isso mostra que, se você eliminar o gene único, obterá raízes mais profundas e melhor captura de nitrogênio", disse ele. "Para a América, esta é uma maneira de reduzir um grande custo e impacto ambiental da produção de milho. Para a África, esta descoberta pode resultar em maiores rendimentos de milho que reduzirão a insegurança alimentar. E esta descoberta pode apoiar a descoberta de genes que regulam ângulos de raiz mais íngremes para outras plantas de cereais, especialmente aquelas intimamente relacionadas ao milho, como sorgo e milheto. "