De lentilhas ao grão de bico, passando pelo Feijão, as leguminosas são amplamente conhecidas como uma fonte alternativa de proteína à base de plantas. Essas plantas, no entanto, são verdadeiros heróis ambientais, trabalhando em conjunto com os micróbios do solo para "fixar" o nitrogênio, enriquecendo a terra com nutrientes essenciais para o seu crescimento.
À medida que a capacidade de fixação de nitrogênio das leguminosas é cada vez mais compreendida, cientistas esperam encontrar maneiras de aumentar a produtividade e, eventualmente, aplicar essas características a outras culturas, como os cereais. Com a capacidade de fixar nitrogênio, essas culturas necessitariam de menos fertilizantes nitrogenados, melhorando simultaneamente a saúde do solo.
As leguminosas, sementes secas comestíveis de plantas leguminosas, são alimentos básicos na dieta das pessoas e do gado em todo o mundo. Na Europa e nos EUA, são consumidas principalmente como Feijão enlatado, grão de bico e lentilhas, enquanto na África Subsaariana, o Feijão-nhemba é uma das leguminosas mais importantes. Ricas em proteínas, carboidratos, fibras alimentares, vitaminas e minerais, as leguminosas desempenham um papel crucial em dietas nutritivas e saudáveis. Tanto as sementes quanto as folhas também são utilizadas como ração para o gado. Para os pequenos agricultores em países em desenvolvimento, as leguminosas são uma alternativa econômica à proteína animal e representam uma grande proporção das dietas típicas.
Magia dentro dos nódulos radiculares
Há cerca de 100 milhões de anos, as leguminosas desenvolveram a capacidade natural de abrigar bactérias benéficas dentro de estruturas chamadas nódulos radiculares. Nessas estruturas, as bactérias convertem o nitrogênio gasoso do ar e do solo em uma forma acessível às plantas como nutrientes. Isso significa que as leguminosas precisam de menos fertilizantes nitrogenados do que cereais e outras hortaliças. Uma leguminosa de alto desempenho pode fixar até 300 kg de nitrogênio por hectare, o que custaria aos agricultores cerca de 1 dólar por kg em fertilizantes.
No projeto "Habilitando Simbioses Nutricionais na Agricultura", estamos tentando entender como as leguminosas conseguem essa façanha. Estamos explorando como esses nódulos radiculares fixadores de nitrogênio evoluíram exclusivamente em leguminosas. Com esse conhecimento, esperamos aumentar a eficiência da fixação de nitrogênio nos nódulos e maximizar o crescimento e rendimento das culturas leguminosas.
Bactérias benéficas
O grupo de pesquisa está investigando como as leguminosas podem interagir com bactérias benéficas e evitar micróbios causadores de doenças. Enquanto bactérias como os rizóbios nos nódulos radiculares ajudam as plantas a obter nutrientes, outros micróbios do solo, incluindo bactérias e fungos, podem causar doenças e impedir que as plantas convertam tanto nitrogênio. Portanto, a planta deve ter um mecanismo de defesa que mantenha afastados os micróbios patogênicos, sem impedir o envolvimento com bactérias benéficas.
A equipe de pesquisadores identificou fatores que limitam a fixação de nitrogênio nos nódulos do Medicago, também conhecido como trevo de barril. Esta leguminosa é frequentemente utilizada para pesquisa, mas não é cultivada para consumo. Ao estudar esses fatores limitantes, esperamos melhorar a eficiência da fixação de nitrogênio sem afetar os mecanismos de defesa da planta contra doenças.
Depois de estudar esses mecanismos em leguminosas de pesquisa, os investigadores estão agora focados em algumas leguminosas agrícolas relevantes, como soja e Feijão-nhemba, para entender quão difundidos e aplicáveis são esses mecanismos biológicos e se podem ser utilizados para melhorar outras leguminosas no futuro. Embora sejam algumas das culturas domesticadas mais antigas, muitas leguminosas estão muito menos adaptadas à agricultura moderna, apresentando um potencial significativo para melhorias adicionais através da criação e engenharia genética.
Benefícios de uma fixação de nitrogênio mais eficiente
Os benefícios de uma fixação mais eficiente de nitrogênio nas leguminosas incluem maior crescimento, maior biomassa e, espera-se, maior teor de proteína nas sementes. Isso aumentaria o valor nutricional por colheita, permitindo a produção de alimentos ricos em nutrientes e de alta qualidade por hectare.
Rendimentos mais elevados criariam oportunidades para pequenos agricultores cultivarem leguminosas, como soja, como culturas comerciais para melhorar a subsistência rural. Leguminosas mais produtivas seriam mais eficazes como culturas de rotação que melhoram a saúde do solo, especialmente para agricultores que lidam com solos degradados, como os encontrados na África Subsaariana.
Quanto mais entendemos sobre essa habilidade única das leguminosas, maior a chance de desenvolvermos outras culturas com capacidades semelhantes. Embora esse desenvolvimento ainda esteja a alguns anos de distância, ele poderia transformar a agricultura sustentável, especialmente em áreas onde o acesso a fertilizantes sintéticos é limitado pelo custo e disponibilidade.
Estender a fixação de nitrogênio a outras culturas tem sido uma ambição de cientistas agrícolas em todo o mundo, e à medida que o estudo da biologia vegetal avança, o progresso está acelerando.
Com informações de The Conversation
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