Plantas podem combater doenças sem sacrificar o crescimento

As plantas combatem doenças todos os dias, mas essa luta tem frequentemente um preço. Quando uma planta ativa o sistema imunitário, o seu crescimento abranda, em regra. Para os agricultores que dependem de culturas robustas e saudáveis, esta troca pode traduzir-se numa menor produção de alimentos.

Agora, investigadores da Colorado State University encontraram uma forma de ajudar as plantas a manterem-se protegidas sem comprometer o crescimento. A descoberta poderá influenciar o futuro da produção alimentar mundial.

As plantas também adoecem

Tal como as pessoas, as plantas dispõem de um sistema de defesa. Quando são atacadas por insetos ou infetadas por uma doença, ativam rapidamente os seus mecanismos de proteção. Para enfrentarem a ameaça, libertam determinadas hormonas que contribuem para a sua sobrevivência.

Contudo, há uma contrapartida. Ao concentrarem-se na própria proteção, as plantas destinam menos energia ao crescimento. É semelhante à fraqueza ou ao cansaço que uma pessoa pode sentir enquanto combate uma doença.

Culturas alimentares como o trigo, o milho e a soja precisam de crescer de forma contínua para produzirem uma colheita abundante.

Se o crescimento abrandar porque a planta está ocupada a combater uma doença, a quantidade de alimentos produzida pode diminuir, afetando o abastecimento alimentar global.

O equilíbrio entre o crescimento e o sistema imunitário das plantas

Cientistas da Colorado State University analisaram a forma como as plantas conciliam o crescimento com a defesa.

A equipa de investigação, liderada pela professora Cris Argueso, centrou-se em alterar o comportamento das hormonas vegetais em situações de stress.

Quando uma doença ameaça uma planta, certas hormonas aumentam para combater a infeção. Em simultâneo, as hormonas de crescimento diminuem. Este conflito interno gera aquilo a que os cientistas chamam uma troca entre crescimento e defesa.

Encontrar o interruptor para desligar

Para examinar este processo, os investigadores recorreram à pequena planta-modelo Arabidopsis thaliana, também conhecida como arabidopsis. Esta planta pertence à família das mostardas e é muito utilizada na investigação vegetal, porque os cientistas conhecem muito bem a sua biologia.

A equipa trabalhou com plantas que apresentavam uma mutação autoimune. Essa mutação mantinha o sistema imunitário permanentemente ativo, de modo semelhante às doenças autoimunes nos humanos. Como consequência, as plantas tinham dificuldades em crescer.

Ao ajustarem cuidadosamente os níveis hormonais, os cientistas reativaram o crescimento sem enfraquecer a resistência às doenças. De facto, as plantas modificadas revelaram uma resistência ainda maior às doenças.

“Só o tempo dirá qual será o efeito quando isto for integrado nas culturas, mas tem potencial para ser um avanço tão grande como a Revolução Verde de há 60 anos, em termos de segurança alimentar”, afirmou Argueso.

A Revolução Verde

Há cerca de 60 anos, começou uma grande transformação na agricultura, conhecida como Revolução Verde. Este período caracterizou-se pelo desenvolvimento de novas variedades de culturas de elevado rendimento e de métodos agrícolas modernos, com o objetivo de aumentar a produção alimentar em todo o mundo.

Um dos principais cientistas por detrás deste movimento foi Norman Borlaug, geneticista e fitopatologista. Descobriu uma mutação natural no trigo que permitia à planta produzir muito mais grão do que as variedades tradicionais.

Agricultores de muitos países começaram a cultivar este trigo melhorado. A produção de alimentos aumentou significativamente e várias nações conseguiram evitar a fome. Pelo seu importante trabalho, Borlaug recebeu o Prémio Nobel da Paz.

No entanto, a Revolução Verde também trouxe desvantagens. Para sustentarem estas culturas de elevado rendimento, os agricultores usaram frequentemente grandes quantidades de fertilizantes químicos e pesticidas. Ao longo do tempo, o uso intensivo de químicos provocou danos ambientais em várias regiões.

Apoiar uma agricultura mais sustentável

Argueso e a sua equipa esperam contribuir para o que poderá tornar-se numa melhoria mais limpa e sustentável da agricultura.

Se as culturas conseguirem resistir naturalmente às doenças enquanto mantêm um crescimento vigoroso, os agricultores poderão utilizar menos químicos e menos fertilizante.

“Queremos criar plantas de cultura que se defendam muito bem contra agentes patogénicos, mas sem sofrerem uma penalização no rendimento, que é o sonho dos agricultores”, disse Argueso. “Brincamos dizendo que esta é a Revolução Verde ‘verde’.”

O sistema imunitário das plantas tem um cérebro

As plantas reagem ao ambiente através de hormonas chamadas fitohormonas. Argueso descreve este sistema como o “cérebro químico” da planta. Estas hormonas regulam o crescimento, o desenvolvimento e a defesa.

Um grupo importante destas hormonas são as citocininas, que controlam a divisão celular e ajudam as plantas a crescer. Quando uma planta deteta uma doença, os níveis de citocininas baixam. Esta alteração permite-lhe canalizar energia para a defesa, em vez de para o crescimento.

No estudo, os cientistas restabeleceram os níveis de citocininas em plantas com sistemas imunitários hiperativos. O crescimento foi retomado e a resistência às doenças permaneceu forte.

Em vez de procurarem e alterarem muitos genes individuais, os investigadores concentraram-se em equilibrar os sinais químicos no interior da planta.

Argueso compara a estratégia a um médico que prescreve um medicamento para corrigir um desequilíbrio químico. Este método é mais rápido e exige menos alterações do que as abordagens genéticas tradicionais, que envolvem o mapeamento de todo o genoma.

Do laboratório para as explorações agrícolas

O passo seguinte passa por aplicar esta descoberta a grandes culturas alimentares, como o trigo, o milho e a soja.

Se for bem-sucedida, esta abordagem poderá permitir aos agricultores cultivar plantas que preservam elevados rendimentos e, ao mesmo tempo, resistem naturalmente às doenças. Esta melhoria poderá reduzir a dependência de tratamentos químicos.

A equipa está a explorar parcerias com programas de melhoramento vegetal em todo o mundo, para testar estas mutações em diferentes climas e regiões.

“Estamos a explorar colaborações com programas de melhoramento vegetal em todo o mundo, para que isto possa ser testado em diferentes regiões e com todo o tipo de culturas”, disse Argueso. “Se estas mutações tiverem o potencial que pensamos que têm, gostaríamos que fossem utilizadas em todo o lado.”

Desvendar os segredos imunitários das plantas

Este estudo mostra também como uma estudante se tornou uma cientista bem-sucedida na Colorado State University. A investigação foi financiada pela National Science Foundation, e Grace Johnston liderou o projeto.

Johnston entrou inicialmente no laboratório de Cris Argueso como estudante de licenciatura em biologia. Nessa altura, ainda procurava perceber o que queria estudar. À medida que aprendeu mais sobre as plantas, o seu interesse tornou-se mais forte.

Decidiu prosseguir a investigação no mestrado e, mais tarde, escreveu o artigo científico como tese de mestrado. Atualmente, Johnston trabalha como investigadora associada no mesmo laboratório.

“Eu não sabia que queria dedicar-me à ciência das plantas”, disse Johnston, que atribui à orientação de Argueso o seu sucesso e o gosto pela biologia vegetal. “Quando terminei a licenciatura, ainda não sabíamos o suficiente sobre estas plantas, e eu simplesmente não conseguia deixar o assunto.”

Esta investigação demonstra que compreender o funcionamento das hormonas vegetais pode conduzir a soluções reais para a agricultura. Com mais testes e colaboração em todo o mundo, a descoberta poderá ajudar a produzir mais alimentos e, simultaneamente, a proteger o ambiente.