Genética Agronômica: Gene espantalho: Aumentando em 50% a Produtividade

Com projeções de 9,5 bilhões de pessoas até 2050, a humanidade enfrenta o desafio de usar as mesmas quantidades de fertilizantes, água e terra arável de hoje. Pesquisadores de Cornell deram um salto em direção a satisfazer essas necessidades, a descoberta de um gene que “promete” levar novas variedades á um aumento de 50% (link para artigo ao fim do post).

O gene, chamado Espantalho, controla uma estrutura especial da folha conhecida como anatomia Kranz, que leva a fotossíntese mais eficiente das plantas. As culturas de metabolismo C3 são menos eficientes , sendo encontrado em culturas como o trigo e arroz, já as plantas de metabolismo C4, adquiriram uma adaptação mais eficiente empregada por gramíneas como milho, sorgo e cana de açúcar que é mais adequado à seca intensa calor, luz solar, e baixa fertilidade.

"Os pesquisadores estão tentando encontrar a genética subjacente da anatomia Kranz, para que possamos projetar-lo em culturas C3", disse Thomas Slewinski, principal autor de um artigo que apareceu na internet em novembro na revista Plant and Cell Physiology. Slewinski é um pesquisador de pós-doutorado no laboratório do Dr. Robert Turgeon, professor de biologia vegetal na Faculdade de Artes e Ciências.

A descoberta "dá uma idéia da regulamentação desta chave anatômica ", disse Turgeon."Ainda há muito a ser aprendido, mas agora a porta do celeiro está aberta e você vai ver as pessoas que trabalham neste caminho do Espantalho". A promessa de transferir mecanismos de plantas C4 para plantas C3 tem sido intensamente perseguida e financiada em escala global ao longo de décadas, acrescentou.

Se fotossíntese C4 for transferida com sucesso para plantas C3 através da engenharia genética, os agricultores podem cultivar trigo e arroz em ambientes mais quentes, secos e com menos fertilizantes, e ainda sendo possível aumentar em mais de 50%, disseram os pesquisadores.

O metabolismo C3 originou-se em um momento na história da Terra, quando a atmosfera tinha uma alta proporção de dióxido de carbono. As plantas C4 têm evoluído de forma independente das plantas C3. A adaptação C4 envolve a antomia de Kranz nas folhas, que inclui uma camada de células especiais da bainha em torno das veias e uma camada exterior de células mesófilo.

Em todas as plantas, uma enzima chamada RuBisCo facilita uma reação que capta dióxido de carbono do ar, a primeira etapa na produção de sacarose, produto rico em energia da fotossíntese que alimenta a planta, mas, em plantas C3, a RuBisCo também facilita uma reação concorrente com o oxigênio criando um subproduto que tem de ser degradado, com um custo de cerca de 30-40 por cento de eficiência global.

Em plantas C4, a fixação de dióxido de carbono ocorre em duas etapas. A primeira etapa ocorre no mesófilo, e o produto desta reação é Transportado para as células da bainha para a RuBisCo. A RuBisCo é muito eficiente porque nas células do feixe da bainha, a concentração de oxigênio é reduzida e a concentração de dióxido de carbono é alta, isto elimina o problema da reação de oxigênio concorrente, tornando a planta muito mais eficiente.

Saiba mais sobre Anatomia de Kranz no Vídeo Abaixo.