Os achados são a primeira evidência, revisada por pares, de que micróbios com edição genética fornecem uma proporção significativa do nitrogênio dos produtores de milho na produção comercial
Uma pesquisa revisada por pares publicada na Scientific Reports relata uma nova tecnologia capaz de revolucionar uma prática centenária de fornecimento de nitrogênio às plantações. O estudo foi realizado em colaboração com pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, da Universidade de Purdue e da Pivot Bio. A Pivot Bio é uma das principais empresas de agricultura sustentável. O estudo apresentou evidências inéditas. Essas evidências mostram como a edição genética aumenta a capacidade dos micróbios de fixar o nitrogênio atmosférico e transferi-lo para as plantações de cereais.
Os pesquisadores usaram nitrogênio com marcação isotópica para rastrear o nitrogênio do ar até a clorofila das folhas de milho. Isso forneceu evidências de que o nitrogênio foi fixado a partir do ar por micróbios submetidos à edição genética. Estudos de campo mostraram que esses micróbios podiam fixar nitrogênio de forma eficaz. Eles poderiam fornecer um volume comparável a até 40 libras de fertilizante de nitrogênio sintético por acre, resultando em rendimentos semelhantes.
Melhorar a eficácia dos fertilizantes nitrogenados é um antigo desafio.
“A questão central”, explica o Dr. Bruno Basso, professor de ciências ambientais da Michigan State University, que não participou do estudo, “é que o sistema solo-planta-atmosfera é extremamente complexo.”
O clima imprevisível dificulta a adequação do suprimento de nutrientes à demanda das plantas e a determinação exata da quantidade de nitrogênio que uma cultura exigirá e também se o nutriente permanecerá no solo.
“Meu laboratório de pesquisa passou anos ajudando os agricultores, usando tecnologia avançada de sensoriamento e modelos de computador para ajudá-los a entender melhor suas lavouras e usar o fertilizante nitrogenado com mais eficiência para aumentar o lucro e reduzir o impacto ambiental, por exemplo, perdas de nutrientes para as águas subterrâneas e emissões de gases de efeito estufa para a atmosfera.”
O papel dos organismos diazotróficos
Os organismos diazotróficos são bactérias especiais que ocorrem na natureza. Eles possuem uma capacidade única de transformar o gás nitrogênio atmosférico em amônio. O amônio é um componente básico dos aminoácidos e das proteínas. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) foi a principal forma de fornecimento de nitrogênio para as culturas por milhares de anos, antes da invenção dos fertilizantes nitrogenados sintéticos.
“Os organismos diazotróficos nativos do solo perdem a capacidade de realizar a FBN quando são expostos a altas concentrações de nitrogênio no solo por longos períodos de tempo. Essa é uma resposta da evolução para conservar energia, pois a FBN é um processo que consome muita energia”, explica o Dr. Jean-Michel Ané, professor de bacteriologia e ciências de plantas e agroecossistemas da Universidade de Wisconsin-Madison, coautor do estudo. Precisamos convencer essas bactérias a manterem altos níveis de FBN nos ambientes com alto teor de nitrogênio, como os solos fertilizados sinteticamente.”
Os pesquisadores da Pivot Bio desenvolveram micróbios com edição genética usando métodos não transgênicos para permitir que os organismos diazotróficos continuem fornecendo nitrogênio às culturas, mesmo em ambientes com alto teor de nitrogênio.
“Com as edições de genes, os micróbios ignoram a presença de nitrogênio em seus arredores, de modo que eles continuam a fixar o amônio, fornecendo-o diretamente ao sistema radicular,” disse o Dr. Karsten Temme, diretor de inovação e cofundador da Pivot Bio e coautor do artigo. “Também introduzimos outras edições para garantir que a bactéria transfira o nitrogênio fixado para a cultura, em vez de guardá-lo para si mesma.”
O artigo apresenta evidências de que esse processo está ocorrendo em laboratório e em lotes de teste de campo. É também o primeiro artigo revisado por pares sobre o PROVEN® 40, o produto comercial de segunda geração da Pivot Bio para a cultura do milho que contém micróbios fixadores de nitrogênio editados geneticamente.
“Sem sombra de dúvida, o fertilizante de nitrogênio é a invenção mais importante do século passado e será essencial para o desenvolvimento e a segurança alimentar do mundo em um futuro próximo. No entanto, acreditamos que pode ser melhor utilizado,” disse o Dr. Temme. “O foco da Pivot Bio é melhorar a produtividade da agricultura, aumentando a eficiência do nitrogênio com nossos micróbios editados geneticamente e reduzindo as fugas de fertilizantes sintéticos para o meio ambiente.”
Em campo, os pesquisadores usaram uma série de experimentos isotópicos para demonstrar novamente a fixação de nitrogênio, dessa vez em condições reais, e quantificar os níveis de nitrogênio na planta. Coletou-se também centenas de amostras de agricultores que reduziram a taxa de fertilizantes nitrogenados em 35 a 40 libras de nitrogênio por acre, substituindo-os pelo PROVEN 40 da Pivot Bio. Os pesquisadores descobriram que, em média, as plantas tratadas com o PROVEN 40 apresentavam níveis mais altos de nitrogênio no início da estação e nenhum impacto negativo na produção, embora tivessem recebido menos fertilizante sintético.
“É muito difícil rastrear o nitrogênio à medida que ele passa do ar para o micróbio e depois para a planta. Dependemos das assinaturas isotópicas dos átomos de nitrogênio proveniente do ar em comparação com os do solo,” explica a Dra. Ané. Com essas medições, os pesquisadores detectaram nitrogênio marcado isotopicamente na clorofila das folhas de milho em laboratório, indicando que os micróbios forneceram esse nitrogênio à planta.
“Essa extensa pesquisa é promissora porque mostra que os agricultores podem começar a utilizar menos fertilizantes nitrogenados sem comprometer a produtividade: um ganho mútuo para o agricultor e o meio ambiente”, disse o Dr. Temme. “Isso é muito animador, já que a tecnologia é altamente escalável. Nossos produtos já foram aplicados a mais de 13 milhões de acres nos Estados Unidos desde o seu lançamento comercial cinco anos atrás, traduzindo-se em um impacto real.”
O Dr. Basso concorda. “Se essa tecnologia continuar a evoluir e a fornecer mais nitrogênio às lavouras, e se eles demonstrarem que isso se traduz em reduções da poluição ambiental e da pegada de carbono agrícola geral, ela poderá ser um divisor de águas para o gerenciamento do nitrogênio. Quanto mais substituirmos os fertilizantes sintéticos por fontes de nitrogênio mais eficientes e sustentáveis para aumentar a produtividade das culturas, melhor será para os agricultores, as comunidades e o meio ambiente.”
O artigo completo pode ser encontrado em Scientific Reports. Fundada em 2011, a Scientific Reports é uma revista de acesso aberto do portfólio da Nature, que publica pesquisas originais notáveis em ciências naturais e clínicas e é conhecida por seu rigoroso processo de revisão por pares.
Fonte: labnetwork
