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Voltar no tempo restaura décadas de drama silencioso sobre o milho

Traduzido de Science Daily

O milho não começou como a safra poderosa que é hoje. Não, durante a maior parte dos milhares de anos em que foi domesticado e melhorado, o milho cresceu humildemente dentro dos limites do que o meio ambiente e os pequenos agricultores podiam fornecer.

Para suas necessidades de fertilizantes, o milho precoce tornou-se amigo dos micróbios fixadores de nitrogênio filtrando um coquetel açucarado tentador de suas raízes. A receita genética desse coquetel foi passada de pai para filho para garantir que os micróbios certos aparecessem para brincar.

Mas então a Revolução Verde mudou tudo. As ferramentas de melhoramento melhoraram dramaticamente, levando a híbridos de maior rendimento e crescimento mais rápido do que o mundo jamais havia visto. E a aplicação de fertilizantes sintéticos tornou-se obrigatória.

Foi nesse momento que o milho deixou seus velhos amigos micróbios para trás, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Illinois. E ele não voltou.

“Aumentando a seleção de características aéreas, em um ambiente de solo onde eliminamos toda a dependência de funções microbianas, degradamos as características de sustentabilidade microbiana. Em outras palavras, ao longo de meio século, o cultivo do milho alterou seu microbioma de maneiras insustentáveis”. Angela Kent. , professor do Departamento de Recursos Naturais e Ciências Ambientais da Universidade de Illinois e co-autor de um novo estudo no Journal of the International Society for Microbial Ecology.

Kent, junto com os co-autores Alonso Favela e Martin Bohn, descobriram que as variedades modernas de milho recrutam menos micróbios “bons”, aqueles que fixam nitrogênio no solo e o disponibilizam para as lavouras para absorção, do que as variedades anteriores. Em vez disso, nas últimas décadas de melhoramento da safra, o milho tem recrutado cada vez mais micróbios “ruins”. Isso é o que ajuda os fertilizantes de nitrogênio sintético e outras fontes de nitrogênio a escapar do solo, seja como potentes gases do efeito estufa ou em formas solúveis em água que acabam no Golfo do México e contribuem para “zonas mortas” com falta de oxigênio.

“Quando vi nossos resultados pela primeira vez, fiquei um pouco desanimado”, disse Favela, estudante de doutorado do Programa de Ecologia, Evolução e Biologia da Conservação de Illinois e primeira autora do estudo. “Fiquei um pouco triste por termos causado um efeito tão grande nesta planta e em todo o ecossistema, e não tínhamos ideia do que estávamos fazendo. Alteramos a própria raiz da planta.”

Para descobrir como o microbioma do milho mudou, Favela recriou a história do cultivo de milho de 1949 a 1986, plantando uma sequência cronológica de 20 linhas de milho sem patente em uma estufa.

“Temos acesso a linhas protegidas por patentes expiradas que foram criadas durante diferentes períodos de tempo e condições ambientais. Usamos esse conhecimento para viajar no tempo e observar como o microbioma associado estava mudando cronologicamente”, diz ele.

Como fonte de micróbios, a Favela inoculou os vasos com solo de uma lavoura local que não havia sido plantada com milho ou soja há pelo menos dois anos. Quando as plantas completaram 36 dias, ele sequenciou o DNA microbiano que coletou do solo preso às raízes.

“Nós caracterizamos o microbioma e os genes funcionais microbianos relacionados às transformações que ocorrem no ciclo do nitrogênio: fixação de nitrogênio, nitrificação e desnitrificação”, afirma. “Descobrimos que as linhagens de milho desenvolvidas mais recentemente recrutaram menos grupos microbianos capazes de fornecer nitrogênio de forma sustentável e mais micróbios que contribuem para as perdas de nitrogênio.”

Kent diz que a reprodução focada em características de superfície, especialmente em um contexto de solo inundado com fertilizantes de nitrogênio sintético, pode ter modificado as raízes dos coquetéis açucarados que eles liberam para atrair micróbios.

“Durante esse período, os criadores não estavam selecionando para a manutenção das funções microbianas, como fixação de nitrogênio e mineralização de nitrogênio, porque tínhamos substituído todas essas funções pelo manejo agronômico. Quando começamos a selecionar características aéreas como rendimento e outras características, inadvertidamente selecionamos sustentabilidade microbiana e até mesmo selecionar ativamente características insustentáveis ​​do microbioma, como nitrificação e desnitrificação “, diz ele.

Agora que está claro que algo mudou, os criadores podem trazer bons micróbios para os híbridos de milho do futuro?

Bohn, criador de milho e professor associado do Departamento de Ciências de Culturas de Illinois, acredita que é perfeitamente possível “regenerar” o microbioma do milho. Para ele, a resposta está no teosinto, uma erva selvagem que a maioria das pessoas teria de apertar os olhos para imaginar como o pai do milho moderno.

Como as coisas selvagens em todos os lugares, o teosinto evoluiu no rico contexto de todo um ecossistema, formando relações íntimas com outros organismos, incluindo micróbios do solo que facilitaram o acesso aos nutrientes do solo para a planta. Bohn acredita que deveria ser possível encontrar os genes do teosinto responsáveis ​​pela criação do coquetel de raízes que atrai micróbios fixadores de nitrogênio. Portanto, é apenas uma questão de inserir esses genes em novos híbridos de milho.

“Nunca pensei que voltaríamos ao teosinto porque está muito longe do que queremos em nossa paisagem agrícola atual. Mas pode ser a chave não apenas para fomentar essas associações microbianas; também pode ajudar o milho a resistir às mudanças climáticas e outros estresses. . ” “Diz Bohn.” Na verdade, precisamos voltar ao teosinto e começar a investigar o que deixamos para trás, a fim de recuperar essas funções importantes. “

Recuperar a capacidade do milho de recrutar seu próprio sistema de fixação de nitrogênio permitiria aos produtores aplicar menos fertilizante de nitrogênio, levando a menos perda de nitrogênio do sistema como um todo.

“Os agricultores nem sempre sabem de quanto nitrogênio vão precisar, então, historicamente, eles despejam o máximo possível nos campos. Se conseguirmos essas características de volta no milho, pode ser mais fácil para eles começarem a repensar a maneira como lidar com nitrogênio “, diz Bohn.

Kent acrescenta que uma pequena mudança pode ajudar muito.

“Se pudéssemos reduzir as perdas de nitrogênio em até 10% na região de cultivo do meio-oeste, isso teria enormes consequências para as condições ambientais no Golfo do México”, diz ele.



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