Como o fungo Funneliformis mosseae altera a tolerância à seca no milho

A tolerância à seca no milho tem sido, na maioria das vezes, encarada como uma simples questão de genética.

Há variedades que aguentam melhor os períodos de falta de água do que outras, e muitos programas de melhoramento têm-se concentrado em identificar os traços que explicam essa diferença.

No entanto, um novo estudo indica que o cenário é mais complexo. Os investigadores concluíram que um fungo comum do solo pode alterar de forma marcante a capacidade do milho lidar com a seca.

Ainda assim, o efeito positivo depende quase totalmente da variedade de milho com que o fungo cresce lado a lado.

Como o fungo ajuda

No centro desta história está o fungo Funneliformis mosseae, um dos chamados fungos micorrízicos arbusculares, que estabelecem parcerias funcionais com as raízes da maioria das plantas terrestres.

Este fungo infiltra-se no tecido radicular e, a partir daí, prolonga-se pelo solo através de uma rede de filamentos muito finos, alcançando água e nutrientes a que as raízes, sozinhas, nunca chegariam.

Em troca, a planta fornece ao fungo açúcares produzidos pela fotossíntese. Há algum tempo que os cientistas sabem que este tipo de associação pode atenuar o pior do stress provocado pela seca.

O que não estava totalmente esclarecido era o “mecanismo” por trás desse efeito, sobretudo a forma como as raízes reprogramam a sua própria actividade genética depois de o fungo se instalar.

Uma equipa liderada por Katalin Posta, microbiologista na Hungarian University of Agriculture and Life Sciences (MATE), decidiu cartografar esse funcionamento com detalhe.

A intenção era perceber não apenas se o fungo ajudava, mas de que maneira essa ajuda se reflectia gene a gene, e se todos os tipos de milho respondiam do mesmo modo.

Três tipos de milho

A equipa trabalhou com três tipos de milho. Um era uma linha endogâmica tolerante à seca, outro era uma linha endogâmica sensível à seca, e o terceiro era um híbrido obtido ao cruzar as duas.

Ao cultivar os três em paralelo, os investigadores conseguiram observar como o mesmo fungo actuava em plantas com níveis muito diferentes de tolerância “de fábrica” à falta de água.

Cada planta foi mantida numa estufa sob um de dois regimes de rega: um confortável e outro seco, fixado em metade da humidade do solo.

Metade das plantas foi inoculada com o fungo e a outra metade cresceu sem ele. Ao repetir este desenho experimental em todos os genótipos, a equipa conseguiu isolar com clareza o que, exactamente, era alterado pela presença do fungo.

O fungo estabeleceu-se em todas as linhas, colonizando, durante a seca, entre cerca de metade e dois terços das amostras de raiz.

Nas plantas mais resistentes à seca, as condições secas fizeram mesmo aumentar a colonização, ultrapassando 60 por cento.

Ler o que se passa nas raízes

Para identificar o que se alterava dentro da planta, os investigadores sequenciaram o RNA das raízes, uma forma de medir que genes estão activos e com que intensidade são expressos num determinado momento.

Quando um gene “liga”, deixa um rasto químico; ao quantificar esses rastos, torna-se possível perceber onde é que a planta está a investir energia.

Na linha sensível à seca, mais de 12,000 genes mudaram a sua actividade, em condições secas, em resposta ao fungo.

Na linha tolerante e no híbrido, esse número também foi elevado, com valores acima de 11,000 em cada um. Ainda assim, o maior factor a orientar toda esta actividade não foi o fungo nem a seca.

O que mais pesou foi a constituição genética das plantas. Esta conclusão obrigou a equipa a reinterpretar o resto dos resultados: o fungo não estava a accionar uma resposta universal única.

Em vez disso, trabalhava com a “mão genética” de cada planta, e o desfecho variava consoante o genótipo.

Uma resposta ao stress mais calma

Quando o fungo estava presente, as plantas tolerantes à seca diminuíram a actividade do seu sistema interno de resposta ao stress.

Vários genes que, em geral, disparam quando falta água ficaram silenciosos. Esse foi o ponto inesperado.

Seria plausível supor que uma planta sob seca colocaria o seu “aparelho” de stress no máximo. Porém, a linha tolerante abrandou essa resposta e, ao mesmo tempo, intensificou o trabalho metabólico do dia-a-dia.

Isto inclui ciclos de produção de energia e a química de construção de componentes que sustentam o crescimento. Ou seja, houve menos energia canalizada para respostas de stress e mais energia para crescimento e metabolismo normal.

A partir destes padrões de actividade genética, os investigadores interpretaram o fenómeno como um sinal de que o fungo estava a aliviar a carga da planta, e não a enfraquecer as suas defesas.

Se a planta deixa de ter de “lutar” tanto para obter água, consegue direccionar essa energia para outras funções. Na prática, a linha tolerante conseguiu manter a sua rotina enquanto o fungo lidava com a emergência.

Quando a ajuda não chega

Na linha sensível à seca, a narrativa foi distinta. Mesmo com o fungo, os sinais de stress continuaram elevados, sem atingir a serenidade observada nas plantas tolerantes.

O fungo trouxe benefícios, mas não conseguiu anular por completo a resposta genética de base ao stress. Em alternativa, a linha sensível respondeu aumentando o esforço.

Reforçou a actividade metabólica e processos ligados ao azoto, numa espécie de compensação - como se fizesse horas extra para lidar com uma resposta ao stress que não conseguia desligar.

Isto pode ser útil, mas tem custos e está longe da eficiência tranquila vista ao lado. Aqui está o núcleo do motivo pelo qual a genética comandou toda a experiência.

Perante o mesmo fungo, a mesma seca e as mesmas condições de estufa, uma planta encontrou alívio, enquanto a vizinha encontrou sobretudo mais trabalho.

O ganho não foi automático: dependia do que cada planta trazia para a parceria.

A surpresa do híbrido

O híbrido trouxe a reviravolta mais interessante. Por ter sido criado a partir de um progenitor tolerante e outro sensível, poderia esperar-se que ficasse a meio caminho - mas não foi isso que aconteceu.

Em vários aspectos, superou ambos, um fenómeno a que os melhoradores chamam heterose, ou vigor híbrido. O ponto em que o híbrido mais se destacou foi na remodelação das raízes.

Genes ligados ao crescimento de pêlos radiculares e à maquinaria de troca de nutrientes da parceria com o fungo frequentemente igualaram ou ultrapassaram o progenitor mais forte.

Em vez de “fazer a média” da herança, o híbrido combinou traços dos dois pais. Isto foi especialmente relevante para o fósforo, um nutriente que quase não se desloca em solo seco.

Um gene relacionado com o manuseamento de fosfato activou-se apenas na linha tolerante e permaneceu inactivo nas outras.

Isto sugeriu que as plantas mais preparadas para a seca podem ter uma forma especializada de encaminhar o nutriente entregue pelo fungo para onde é mais necessário.

Uma parceria mais ampla

As raízes não eram a única peça do puzzle. A equipa avaliou também a comunidade mais vasta de micróbios que vive em torno das raízes.

Em vez de listar espécies presentes, analisaram a actividade genética de todo esse conjunto. Também aqui a genética da planta voltou a dominar.

À volta da linha tolerante, a comunidade microbiana aumentou a sua actividade. Em torno da linha sensível, manteve-se num nível intermédio.

Junto do híbrido, a actividade microbiana diminuiu no geral. Ao analisar a mesma seca e o mesmo fungo, surgiram três respostas microbianas completamente diferentes.

Alianças subterrâneas

Cada resposta foi moldada pelo fundo genético da planta hospedeira. Isto aponta para algo maior do que a planta e um único fungo.

O milho, o seu parceiro fúngico e o elenco microbiano em redor podem funcionar como um sistema interligado - aquilo a que os biólogos chamam um holobionte.

Nesta perspectiva, a tolerância à seca não é apenas um traço da planta: é uma propriedade da aliança subterrânea como um todo.

Pistas para o futuro

Até aqui, a investigação tendia a examinar a resposta do milho à seca ou a parceria com fungos em separado.

Não tinha seguido, em conjunto, a forma como genética da planta, desenvolvimento das raízes e microbioma mais amplo se movem lado a lado.

O contributo deste trabalho é precisamente unir esses fios numa única imagem - e chegar a um ponto claro: o benefício do fungo existe, mas não serve de forma igual para todos.

Para agricultores e melhoradores, isto muda a forma de pensar a aplicação do fungo no futuro.

Opções futuras de tratamento

Aplicar nos campos a mesma mistura de fungos pode favorecer algumas variedades muito mais do que outras, e uma revisão recente sobre tratamentos microbianos do solo também sublinha a distância entre o que se promete na estufa e o que se obtém em campo.

A verdadeira vantagem pode estar em combinar a genética certa do milho com o parceiro microbiano certo.

Um pequeno conjunto de genótipos não pode representar todas as variedades de milho cultivadas no terreno. Ainda assim, este trabalho oferece aos melhoradores um alvo mais preciso.

Se for possível desenvolver variedades de milho que cooperem de forma mais eficaz com os fungos já existentes no solo, as secas futuras poderão ter um impacto menor.