Pesquisadores da Universidade de Illinois e do Serviço de Pesquisa Agrícola do Departamento de Agricultura dos EUA corrigiram uma falha natural da fotossíntese e, como resultado, aumentaram a produtividade de plantações em até 40%.

Em condições do mundo real, isso pode resultar em calorias suficientes para ajudar a alimentar mais 200 milhões de pessoas com o mesmo volume de culturas.

“Recuperar até mesmo uma porção dessas calorias em todo o mundo seria um avanço para atender às crescentes demandas alimentares do século 21 – impulsionadas pelo crescimento populacional e por dietas mais ricas em calorias”, disse um dos pesquisadores do novo estudo, Donald Ort, professor do Instituto de Biologia Genômica na Universidade de Illinois.

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Qual o problema da fotossíntese?

A fotossíntese é a reação química que permite que as plantas transformem luz solar e dióxido de carbono em alimento.

Esse processo é incrível, mas não 100% eficiente. Uma das partes mais difíceis é um passo fundamental envolvendo a enzima ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase-oxigenase (RuBisCO), a proteína mais abundante do planeta.

Cerca de 20% do tempo, a RuBisCO confunde oxigênio com dióxido de carbono. Não só isto é uma oportunidade desperdiçada, como o resultado desta falha é glicolato e amônia – dois compostos tóxicos que precisam ser eliminados rapidamente antes de causarem danos.

Felizmente, as plantas desenvolveram uma maneira de se livrar desse veneno, chamada de fotorrespiração. Elas gastam parte de sua energia nesse processo vital de reciclagem.

“Custa à planta a preciosa energia e os recursos que ela poderia ter investido na fotossíntese para produzir mais crescimento e produção”, explica outro membro do estudo, o biólogo molecular Paul South, do Departamento de Agricultura dos EUA.

Por que corrigir a falha é importante?

Arroz, trigo e soja são algumas das plantas que sofrem desta necessidade de eliminar o acúmulo de toxinas.

Além de ser três das quatro culturas das quais a população mundial depende para a maior parte de nossas calorias, podemos esperar que seu rendimento caia no futuro devido ao aquecimento global.

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“A RuBisCO tem ainda mais problemas em extrair dióxido de carbono do oxigênio à medida que aquece, causando mais fotorrespiração”, esclarece outra autora do estudo, Amanda Cavanagh, da Universidade de Illinois.

Por enquanto, os pesquisadores só aplicaram a correção a plantações de tabaco, por isso estamos muito longe de usar os resultados para aumentar nosso suprimento de alimentos. Mas a pesquisa é sem dúvida um primeiro passo incrivelmente promissor.

O estudo

A abordagem da equipe foi projetar três rotas alternativas para substituir o caminho original da fotossíntese.

Para otimizar as novas rotas, os cientistas projetaram 17 conjuntos genéticos diferentes, e os testaram em 1.700 plantas para determinar o mais eficiente.

Uma das rotas testadas veio da via de oxidação do glicolato da bactéria E. coli. Uma segunda versão usou um gene para a catalase também a partir da E. coli, e outros genes para oxidase de glicolato e sintaxe de malato de plantas.

O terceiro itinerário usou um gene de sintaxe de malato de uma planta e um gene para desidrogenase de glicolato de algas verdes.

Resultados

A equipe testou suas hipóteses no tabaco, um modelo ideal para a pesquisa de safras porque é mais fácil de modificar e testar do que culturas alimentares.

Em dois anos de estudos de campo, os pesquisadores determinaram que as plantas modificadas se desenvolveram mais rapidamente, ficaram mais altas e produziram cerca de 40% mais biomassa.

A terceira via de fotorrespiração foi a que se destacou nos resultados finais, com a atividade metabólica subindo mais de 40% em comparação com as plantações do grupo de controle.

Plantas não modificadas (à esquerda) versus plantas modificadas (à direita)

Agora, a equipe planeja traduzir essas descobertas para aumentar o rendimento de plantações de soja, feijão, arroz, batata, tomate e berinjela.

Um artigo detalhando as descobertas da pesquisa foi publicado na revista científica Science. [ScienceAlert]