Uma equipe internacional de pesquisadores identificou genes associados a  sobrevivaªncia das plantas em um dos ambientes mais hostis da Terra: o Deserto de Atacama, no Chile. Suas descobertas, publicadas em Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), podem ajudar os cientistas a criar safras resistentes que podem prosperar em climas cada vez mais secos.

"Em uma era de mudança climática acelerada, éfundamental descobrir a base genanãtica para melhorar a produção e a resiliencia das safras sob condições secas e pobres em nutrientes", disse Gloria Coruzzi, Professora Carroll & Milton Petrie do Departamento da New York University (NYU) de Biologia e Centro de Gena´mica e Biologia de Sistemas, que coliderou o estudo com Rodrigo Gutianãrrez.

O estudo foi uma colaboração internacional entre bota¢nicos, microbiologistas, ecologistas, cientistas evolucionistas e gena´micos. Essa combinação única de experiência permitiu a  equipe identificar as plantas, micróbios associados e genes que permitem a s plantas do Atacama se adaptarem e florescerem em condições extremas de deserto, o que poderia, em última insta¢ncia, ajudar a aumentar o crescimento da safra e reduzir a insegurança alimentar.

“Nosso estudo de plantas no Deserto de Atacama édiretamente relevante para regiaµes do mundo que estãose tornando cada vez mais a¡ridas, com fatores como secas, temperaturas extremas e sal na águae no solo que representam uma ameaça significativa para a produção global de alimentos”, disse Gutianãrrez , professor do Departamento de Genanãtica Molecular e Microbiologia da Pontificia Universidad Cata³lica de Chile.

O Deserto de Atacama, no norte do Chile, imprensado entre o Oceano Paca­fico e a Cordilheira dos Andes, éo lugar mais seco do planeta (excluindo os polos). No entanto, dezenas de plantas crescem la¡, incluindo grama­neas, plantas anuais e arbustos perenes. Além da limitação de a¡gua, as plantas do Atacama precisam lidar com altitudes elevadas , baixa disponibilidade de nutrientes no solo e radiação solar extremamente alta.

A equipe de pesquisa chilena estabeleceu um "laboratório natural" incompara¡vel no Deserto de Atacama durante um período de 10 anos, no qual coletou e caracterizou o clima, o solo e as plantas em 22 locais em diferentes áreas de vegetação e elevações (a cada 100 metros de altitude ) ao longo do Transecto Talabre-Leja­a. Medindo uma variedade de fatores, eles registraram temperaturas que flutuaram mais de 50 graus do dia para a noite, na­veis de radiação muito altos, solo que era em grande parte areia e carecia de nutrientes e chuva ma­nima, com a maioria das chuvas anuais caindo em alguns dias.

Os pesquisadores chilenos trouxeram as amostras de planta e solo - preservadas em nitrogaªnio la­quido - 1.600 quila´metros de volta ao laboratório para sequenciar os genes expressos nas 32 espanãcies de plantas dominantes no Atacama e avaliar os micróbios do solo associados a s plantas com base em sequaªncias de DNA. Eles descobriram que algumas espanãcies de plantas desenvolveram bactanãrias promotoras de crescimento perto de suas raa­zes, uma estratanãgia adaptativa para otimizar a ingestãode nitrogaªnio - um nutriente crítico para o crescimento das plantas - nos solos pobres em nitrogaªnio do Atacama.

Para identificar os genes cujas sequaªncias de protea­nas foram adaptadas nas espanãcies do Atacama, os pesquisadores da NYU conduziram uma análise usando uma abordagem chamada filogena´mica, que visa reconstruir a história evolutiva usando dados gena´micos. Em consulta com colegas do Jardim Bota¢nico de Nova York, eles compararam os genomas das 32 plantas do Atacama com 32 espanãcies "irma£s" não adaptadas, mas geneticamente semelhantes, bem como várias espanãcies modelo.

“O objetivo era usar essa a¡rvore evolutiva baseada em sequaªncias do genoma para identificar asmudanças nas sequaªncias de aminoa¡cidos codificadas nos genes que sustentam a evolução da adaptação da planta Atacama a s condições do deserto”, disse Coruzzi.

"Esta análise gena´mica computacionalmente intensa envolveu a comparação de 1.686.950 sequaªncias de protea­nas em mais de 70 espanãcies. Usamos a supermatriz resultante de 8.599.764 aminoa¡cidos para a reconstrução filogena´mica da história evolutiva das espanãcies de Atacama", disse Gil Eshel, que conduziu esta análise usando o cluster de computação de alto desempenho da NYU.

O estudo identificou 265 genes candidatos cujas alterações na sequaªncia de protea­nas foram selecionadas por forças evolutivas em várias espanãcies de Atacama. Essas mutações adaptativas ocorreram em genes que poderiam ser a base da adaptação das plantas a s condições do deserto, incluindo genes envolvidos na resposta a  luz e a  fotossa­ntese, que podem permitir que as plantas se adaptem a  radiação de alta luz extrema no Atacama. Da mesma forma, os pesquisadores descobriram genes envolvidos na regulação da resposta ao estresse, sal, desintoxicação e a­ons meta¡licos, que podem estar relacionados a  adaptação dessas plantas de Atacama ao seu ambiente estressante e pobre em nutrientes.

A maior parte do conhecimento cienta­fico sobre as respostas e tolera¢ncia das plantas ao estresse foi gerada por meio de estudos tradicionais baseados em laboratório usando algumas espanãcies modelo. Embora benéficos, esses estudos moleculares provavelmente perdem o contexto ecola³gico em que as plantas evolua­ram.

"Ao estudar um ecossistema em seu ambiente natural, fomos capazes de identificar genes adaptativos e processos moleculares entre as espanãcies que enfrentam um ambiente hostil comum", disse Viviana Araus, da Pontifa­cia Universidade Cata³lica de Chile no laboratório de Gutierrez e ex-pa³s-doutorando associado da NYU Centro de Gena´mica e Biologia de Sistemas.

"A maioria das espanãcies de plantas que caracterizamos nesta pesquisa não foi estudada antes. Como algumas plantas do Atacama estãointimamente relacionadas a culturas ba¡sicas, incluindo gra£os, legumes e batatas, os genes candidatos que identificamos representam uma mina de ouro genanãtica para produzir safras mais resistentes , uma necessidade dada a crescente desertificação do nosso planeta ", disse Gutianãrrez.

Além de Gutianãrrez e Araus, seus colaboradores no Chile inclua­am Claudio Latorre da Pontificia Universidad Cata³lica de Chile e Mauricio Gonza¡lez da Universidad de Chile. Coruzzi e Eshel da NYU trabalharam no pipeline filogena´mico e na análise com colaboradores nos Estados Unidos, incluindo Kranthi Varala da Purdue University, Dennis Stevenson do New York Botanical Garden, Rob DeSalle do American Museum of Natural History, bem como membros de seu equipes de pesquisa.