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Jornal da Unicamp online

Biodiversidade do país inspira biotecnologia na busca de soluções para a crise climática

Publicado em 01 agosto 2019

Por Paula Drummond de Castro (GCCRC), especial para o JU

Microorganismos de Campos Rupestres ainda desconhecidos podem ser a chave para o desenvolvimento de cultivares resistentes a condições ambientais extremas

Artigo publicado ontem na Scientific Data mostra que o desenvolvimento biotecnológico tem muito a aprender com as plantas de Campo Rupestre quando o assunto é adaptação a condições ambientais estressantes. Já se sabe que os microorganismos e plantas têm um papel complementar e simbiótico na ciclagem dos nutrientes essenciais para a planta, como as micorrizas das raízes. Em uma varredura inédita dos organismos associados a duas espécies de Velloziacea, descobriu-se que há muito trabalho pela frente. Uma enormidade de fungos ainda desconhecidos para ciência prevalece nos solos e rochas amostrados. Os microorganismos podem ser a peça-chave para entender a eficiente estratégia destas plantas. Os Campos Rupestres estão localizados em regiões de altitude, sobretudo em Minas Gerais, mas também na Bahia.

Os cenários de futuro convergem. Torna-se imprescindível, conforme demonstram as projeções, a adaptação ao inevitável aumento da temperatura global e redistribuição das chuvas em boa parte do Brasil. Fenômenos extremos como seca e inundações serão mais frequentes. A produção agrícola tem que se preparar.

Associa-se a estas projeções o esgotamento das reservas de fósforo, elemento crucial para o crescimento das plantas. Sem fósforo, não há produção de alimentos. Como nutriente essencial em fertilizantes para a produção de alimentos, o fósforo não tem substituto. O fósforo garante a fertilidade do solo e o alto rendimento das colheitas, apoia os meios de subsistência dos agricultores e, em última análise, a segurança alimentar da população global. No entanto, os agricultores do mundo dependem do fósforo proveniente das rochas finas de fosfato, que estão se tornando mais escassas, caras e concentradas em apenas alguns países: somente o Marrocos controla três quartos das reservas mundiais de fosfato de alta qualidade. Ao mesmo tempo, o uso ineficiente de fósforo em todos os sistemas alimentares está poluindo nossos rios e oceanos, causando a proliferação de algas.

Uma das alternativas de adaptação a este cenário é desenvolver culturas agrícolas capazes de crescer em altas temperaturas, e que simultaneamente economizem água e fósforo. Movido por este desafio, o Centro de Pesquisa em Gênomica para Mudanças Climáticas (GCCRC), por meio de parceria entre Unicamp e Embrapa e financiado pela Fapesp, está se antecipando e buscando inspiração na biodiversidade brasileira para gerar variedades de cultivares agrícolas que sejam capazes de se desenvolver em ambientes limitantes.

“O mundo depende ou dependerá cada vez mais de tecnologias que permitam a produção de alimentos, de energia e de medicamentos de forma mais sustentável. Precisamos diminuir o impacto das atividades humana na natureza e em consequência na alteração do clima”, explica Paulo Arruda, professor do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp e coordenador do GCCRC.

Decifrando os segredos dos Campos Rupestres

Este quadro aparentemente apocalíptico de falta de água, poucos nutrientes, muita radiação solor, ocorre naturalmente nos Campos Rupestres. “Neles, encontramos solos rochosos, longos períodos de seca e um dos ambientes mais pobres em fósforo do mundo. Isso impõe severas condições limitantes de crescimento às plantas. Com certeza temos muito a aprender com essas plantas”, explica Isabel Gerhardt, pesquisadora da Embrapa Informática Agropecuária.

Os Campos Rupestres são encontrados sobre topos de serras e chapadas de altitudes superiores a 900 m com afloramentos rochosos onde predominam ervas, gramíneas e arbustos e árvores de baixo porte.

Apesar de ocuparem menos de 1% da área terrestre brasileira, os Campos Rupestres abrigam mais de cinco mil espécies de plantas, das quais mais de 40% não ocorrem exclusivamente nesse ecossistema.

A pesquisa publicada ontem (31/07) na revista Scientific Data, jornal do grupo Nature, traz uma abordagem inédita sobre os campos rupestres: a metagenômica. “Já existem vários estudos sobre a ecologia e ecofisiologia das espécies de campos rupestres, mas sobre as comunidades microbianas e sua relação com a sobrevivência em tais condições estressantes é a primeira vez”, explica Rafael Soares Correa de Souza, pós-doutorando do GCCRC e bolsista da Fapesp. Metagenômica é quando se acessa todo o material genético do ambiente. “Não olhamos um grupo específico de microrganismos, mas tudo o que a técnica permite olhar”, explica Gerhardt.

As ômicas – como é chamado o conjunto de diferentes abordagens do material genético dos seres vivos (genômica, transcriptoma, metabolômica, metagenômica) – são ferramentas muito robustas que podem ajudar a desvendar novas dimensões da desses componentes da biodiversidade ainda não decifrados, explica Rafael Oliveira, professor do Instituto de Biologia e coautor do artigo.

Da marreta ao sequenciamento genético

Os cientistas levaram, na bagagem da coleta de campo, marretas e enxadões, ferramentas pouco convencionais para um grupo de pesquisadores da área de genética molecular. O grupo do GCCRC uniu-se à equipe do Laboratório de Ecologia Funcional de Plantas, para coletar tecidos vegetais, rochas e solo nos Campos Rupestres do Parque Nacional da Serra do Cipó.

Os alvos eram duas espécies: Vellozia epidendroides e Barbacenia macrantha, ambas da família Velloziaceae. A espécie Vellozia epidendroides cresce em solo raso, já a Barbacenia macrantha cresce na rocha. “Essa tira leite de pedra, ou melhor, fósforo da pedra”, brinca Souza, se referindo à sofisticada estratégia de mobilização de nutrientes da espécie. As Velloziaceae são altamente especializadas em condições de baixo nível de nutrientes e disponibilidade de água sazonal.

As amostras de tecido vegetal, solo e rochas foram processadas. Dali extraiu-se todo o DNA possível. O material genético foi então enviado para um dos grandes centros de sequenciamento genético do mundo, o Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), nos EUA, que seleciona anualmente em quais pesquisas irá colaborará.

O resultado foi uma avalanche de novas perguntas, explica Antonio Pedro Camargo, doutorando do GCCRC, bolsista Fapesp e primeiro autor do artigo. “Achamos uma quantidade absurda de fungos totalmente desconhecidos para a ciência”, diz Camargo. No caso de solos pobres em fósforo não há micorrizas, portanto, talvez estejamos diante de uma pista importante de como estas plantas conseguem extrair o fósforo do ambiente, explica Camargo.

“A comunidade de microorganismos ainda são consideradas caixas pretas dentro dos ecossistemas e essas ferramentas ajudam a entender melhor este componente. Primeiro passo foi conhecer. Agora que temos uma ideia, os próximos passos serão entender sua função”, finaliza Rafael Oliveira.

Sobre o GCCRC

O Centro de Pesquisa Genômica para Mudanças Climáticas (GCCRC) é um Centro de Pesquisa conjunto Embrapa/Unicamp, cuja missão principal é a criação de ativos biotecnológicos por meio da genômica aplicada à adaptação de cultivos aos estresses associados às mudanças climáticas. O GCCRC construiu e expandiu a Unidade Conjunta de Pesquisa em Genômica Aplicada à Mudança do Clima (UMiP GenClima), uma iniciativa entre Embrapa e Unicamp estabelecida em 2012. O GCCRC reuniu cientistas em um laboratório de ponta financiado pela FAPESP por meio do programa Centros de Investigação em Engenharia (ERC) e do Programa de Apoio Microbioma, financiado pelo programa de investigação e inovação Horizon 2020 da União Europeia.

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Antonio Pedro Camargo, Rafael Soares Correa de Souza, Patrícia de Britto Costa, Isabel Rodrigues Gerhardt, Ricardo Augusto Dante, Grazielle Sales Teodoro, Anna Abrahão, Hans Lambers, Marcelo Falsarella Carazzolle, Marcel Huntemann, Alicia Clum, Brian Foster, Bryce Foster, Simon Roux, Krishnaveni Palaniappan, Neha Varghese, Supratim Mukherjee, T. B. K. Reddy, Chris Daum, Alex Copeland, I.-Min A . Chen, Natalia N. Ivanova, Nikos C. Kyrpides, Christa Pennacchio, Emiley A . Eloe-Fadrosh, Paulo Arruda & Rafael Silva Oliveira. Data Descriptor: Microbiomes of Velloziaceae from phosphorusimpoverished soils of the campos rupestres, a biodiversity hotspot. Scientific Data, volume 6, Article number: 140 (2019).