A eficiência e o impacto ambiental da produção de alimentos são dois grandes desafios que o mundo atualmente enfrenta. Ao longo da última década, muitos avanços científicos nos permitiram uma melhor compreensão de como os animais e plantas funcionam nesse sistema e o papel que os microrganismos benéficos desempenham no suporte a essas funções. Esse entendimento abriu caminho para novas abordagens mais sustentáveis para a produção de alimentos. Como humanos e animais, as plantas são compostas por suas próprias células que também estão intrinsecamente associadas a muitos microrganismos diferentes. A teoria do hologenoma, que é um conceito evolucionário, considera essa parceria como uma unidade única, fornece uma estrutura para apoiar os processos naturais das plantas e impactar sua resistência a certos fatores ambientais. Este conceito oferece a oportunidade de influenciar a aptidão das culturas, sem modificação genética e, por sua vez, maximizar o sucesso dos agricultores. Continue lendo para saber mais sobre o conceito de hologenoma e como os produtores podem aproveitar essa estrutura para aumentar os rendimentos e os resultados.
Entendendo o Microbioma
O microbioma de uma planta pode incluir microrganismos úteis e potencialmente prejudiciais. Aqueles que beneficiam a planta são considerados simbióticos, enquanto aqueles que causam doenças são chamados de patogênicos.
Há mais de 30 anos, Lynne Margulis cunhou o termo holobionte para descrever a parceria entre um hospedeiro e seu microbioma. É derivado da palavra grega “holos”, que significa todo. Os microrganismos do microbioma trazem diversidade genética adicional ao hospedeiro. Os genótipos combinados do hospedeiro e seu microbioma são referidos coletivamente como o hologenoma. O holobionte então expressa características, ou fenótipos, que surgem da diversidade genética combinada de hospedeiro e seu microbioma.
Então, como surgiu o conceito de hologenoma moderno? Originou-se com observações feitas por dois pesquisadores, Rosenberg e Falkovitz, sobre o branqueamento em populações de recifes de corais causado por uma bactéria patogênica. Rosenberg e Falkovitz observaram que certos corais adquiriram resistência ao patógeno, embora os corais não tenham um sistema imunológico capaz de produzir anticorpos. Seus dados sugeriram que os corais sobreviventes desenvolveram, aleatoriamente, um microbioma que os ajudaria a resistir ao patógeno. Este novo “holobionte” de coral e microbioma era mais adaptado para a sobrevivência durante o surto.
Isso levou Rosenburg e Falkovitz a questionar que se há surtos de bactérias “ruins”, então por que não poderiam existir surtos de bactérias “boas” também? Tais surtos, provavelmente, passariam despercebidos e a única evidência de sua ocorrência seria a disseminação silenciosa de características benéficas por toda a população hospedeira, direcionando o processo evolutivo. Essas observações iniciais deram origem à moderna Teoria da Evolução do Hologenoma, que inclui outros animais e plantas, incluindo humanos e nossas culturas agrícolas.
Ajudando as plantas a superar os fatores limitantes da produtividade
Os agricultores esperam que suas colheitas possam prosperar mesmo diante dos desafios. Esses desafios, chamados de fatores limitantes da produtividade, podem afetar negativamente o rendimento das culturas. Os fatores limitantes da produtividade incluem práticas tecnológicas, estressores biológicos, como doenças e pragas, e estressores ambientais, como condições climáticas, fertilidade do solo, topografia e qualidade da água.
Para superar esses fatores, alguns agricultores fornecem às plantas fixadores de nitrogênio, solubilizadores de fósforo e zinco, ou bactérias que produzem enzimas e metabólitos, os quais aumentam o crescimento. As limitações desta abordagem de “inoculação do solo” incluem a dependência de um tipo particular de bactéria, que pode ou não ter sucesso com o tipo de cultura, condição do solo e geografia. Além disso, pode ser caro para os agricultores povoar completamente o microbioma do solo com organismos benéficos para a planta.
Como alternativa à inoculação do solo, uma dose menor de microrganismos cuidadosamente selecionados pode ser aplicada à cultura em crescimento de forma direcionada, aumentando seu hologenoma. Isso suporta a expressão de traços naturais pelo novo holobionte, que protege o solo com micróbios benéficos nativos. As plantas evoluíram em seus processos naturais para melhor interagir com os microrganismos do solo para obter acesso aos melhores parceiros microbianos possíveis disponíveis em seu ambiente, e a expressão desses processos pode variar de acordo com a composição do hologenoma da planta.
Certos fertilizantes microbianamente melhorados possuem um modo de ação necessário para adotar essa abordagem e apoiar o que a evolução já fez. As plantas evoluíram sua estrutura genética, ou genótipo, ao longo de milhões de anos. Ao povoar o microbioma da planta com organismos que suportam a expressão de diferentes fenótipos, ou características observáveis, os agricultores permitem que a planta aproveite ao máximo o que tem disponível em seu ambiente. Por exemplo, essas soluções podem ajudar as plantas a expressar características que maximizam a absorção de nutrientes, estimulam populações de bactérias “boas” no solo ou aumentam a resistência a patógenos. Isso lhes dá uma chance maior de sobrevivência.
Colocando o conceito de hologenoma em uso
A agricultura é uma ciência complexa que pode levar anos para ser verdadeiramente aperfeiçoada. Os agricultores devem confiar não apenas no conhecimento transmitido de geração em geração, mas também devem estar cientes dos processos naturais que afetam as lavouras. As plantas, evoluíram ao lado de suas contrapartes microbianas ao longo de milhões de anos e, com uma maior compreensão do conceito de hologenoma, os produtores podem trabalhar melhor suas plantações, atingindo produtividades mais robustas e lucrativas.
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