Evolução nos estudos do microbioma da soja mostra importância de técnicas moleculares

Um grupo de cientistas da Embrapa Meio Ambiente abordou, em capítulo de livro, o microbioma da soja, tecnologias moleculares avançadas para caracterizar a sua estrutura e funcionamento, além de descrever a ecologia dos microrganismos associados à cultura. O trabalho também mostra a evolução das técnicas moleculares relacionadas a cultura da soja e sugere as melhores abordagens a serem tomadas para análises de microbiomas.

Conforme o doutorando Helio Quevedo, o estudo abordou conceitos de microbioma, além de explicar como observar e analisar a estrutura e funcionalidade das comunidades microbianas que compõem o microbioma.

“A importância disso é que com o entendimento de como se configura a estrutura, função e interações dos microrganismos que habitam a rizosfera, por exemplo, podemos fazer manipulações no microbioma a fim de otimizar as funções benéficas à serviço da agricultura”, explica Quevedo.

“Exemplificando, este conhecimento permite analisar se a introdução de um inoculante pode afetar a diversidade de microrganismos daquele ambiente e quais as consequências dessa interferência. Ou ainda, qual a consequência para a qualidade do microbioma e biologia do solo dependente da escolha do tipo de manejo”, diz o doutorando.

Carolina Nishikawa, doutoranda, primeira autora do trabalho, explica que a inoculação de agentes biológicos não somente tem efeito no microbioma residente da rizosfera, como o oposto também ocorre. “Ou seja, a diversidade microbiológica presente naquele solo também influencia na eficácia desse organismo”, diz Nishikawa.

“Por isso, a importância dos estudos da evolução das técnicas moleculares porque, querendo ou não, quando trabalhamos com inóculos de microrganismos, eles precisam se estabelecer naquele sistema, com a influência da diversidade desse sistema sobre ele”, enfatiza a estudante.

Microbioma do solo e interações com a planta

O adequado manejo do solo, seja por meio de práticas conservacionistas, pelo uso de bioinsumos ou pela exploração dos serviços ambientais oferecidos pelo microbioma do solo, favorece o equilíbrio biológico resultando em produtividade e resiliência do sistema de produção contra estresses abióticos e bióticos. O solo é um dos ecossistemas mais complexos do planeta e hospeda uma imensa diversidade de microrganismos, sendo um importante repositório genético que abrange diversas vias metabólicas.

Geralmente, explica Quevedo, a função está relacionada com o metabolismo do microrganismos. Um microrganismo solubilizador de fósforo tem a habilidade metabólica de transformar o fósforo em uma forma solúvel para as plantas – a função dele é nutrir as plantas. Existe uma diversidade genética de milhares de microrganismos no solo, por sua vez existe uma diversidade de vias metabólicas acontecendo. Esse potencial metabólico é de interesse biotecnológico e pode ser usado na agricultura.

Apenas um grama de solo pode conter entre 100 milhões a 10 bilhões de células microbianas ativas. Grande parte destes microrganismos apresenta papel fundamental no desenvolvimento vegetal, promovendo a ciclagem e disponibilidade de nutrientes, contribuindo com a proteção da planta contra patógenos e pestes, além de mitigar efeitos de estresses abióticos.

Os processos de interação com a planta ocorrem, principalmente, na região do solo próxima ao sistema radicular, isto é, rizosfera. A região rizosférica é considerada um hotspot devido ao alto teor de nutrientes exsudados pela planta, por apresentar alta atividade e diversidade microbiológica, incluindo bactérias, fungos, oomicetos e vírus. Membros da microbioma da rizosfera podem ser recuperados, por meio de isolamento em meio de cultivo, e então testados, na forma de inoculantes, quanto a seus efeitos benéficos no desenvolvimento da planta. Por exemplo, bactérias apresentando potencial para a promoção de crescimento da soja já foram isoladas e caracterizadas quanto a sua capacidade de produzir ácido indolacético, solubilizar fosfato mineral e fixar nitrogênio.

A forma de preparo do solo pode interferir na atividade microbiana e, consequentemente, em sua qualidade. Por exemplo, o sistema de preparo mecanizado influencia diretamente as propriedades físicas e biológicas do solo por meio da inserção de nutrientes e do revolvimento do solo. Do mesmo modo, plantas de cobertura, serapilheira e produtos orgânicos também influenciam diretamente na relação carbono/nitrogênio da biomassa microbiana e na respiração basal do solo, mobilizando matéria orgânica e ciclando nutrientes.

Além de influenciar no rendimento e na qualidade biológica do solo, o tipo de manejo pode influenciar nas suas funções. Há indícios que a conversão do uso da terra alteram grupos microbianos funcionais. Por exemplo, em solos com plantio convencional foram observados aumento do número de táxons de amonificantes aeróbicos, desnitrificantes, celulóticos aeróbicos, actinomicetos e micromicetos, enquanto que em plantio direto (manejo conservacionista) há aumento de táxons celulolíticos anaeróbicos, fixadores de nitrogênio, diazotróficos aeróbicos e amilolíticos na comunidade microbiana do solo.

Em relação a abundância, foi observado que o maior número de cópias de genes de bactérias e fungos são encontrados em plantio direto e o maior número de cópias de arquéias são verificadas em solo em pousio de longo prazo. Por fim, os dados observados atestam diferentes direções e intensidades dos processos biológicos do solo dependentes das condições de manejo e do preparo que os solos são submetidos.

Simbiose

Visto que os microrganismos da rizosfera, em sua maior parte, provêm do microbioma do solo e que o principal fator modulador dessa montagem é o genótipo do hospedeiro, pode-se afirmar que plantas de soja possuem a plena capacidade genética para estimular os microrganismos responsáveis pelo aprimoramento da sua relação simbiótica com rizóbios.

Como exemplo, bactérias do gênero Bacillus, principalmente do grupo B. cereus, afetam a nodulação em soja promovendo o crescimento de Sinorhizobium e inibindo o crescimento de Bradyrhizobium, além de, possivelmente, afetar a distribuição destes rizóbios no solo. Além dos rizóbios residentes, a inoculação de fixadores de nitrogênio em soja também proporciona o aumento de comunidades microbianas benéficas na região rizosférica, a qual ocorre de forma indireta, resultante dos efeitos da inoculação.

Bioinsumos na cultura da soja

Os cultivares selvagens de soja podem ter desenvolvido mecanismos de sinalização para recrutar rizóbios com melhor capacidade de fixação de nitrogênio, bem como maior aptidão dentro das comunidades microbianas naturais do local. Sendo assim, a escolha pelo microrganismo “perfeito” pode ocorrer de forma rígida, sendo a falha ou baixa eficiência dessa parceria resultante da incompatibilidade genética entre ambos os organismos.

As alterações genéticas causadas pelos frequentes processos de melhoramento vegetal, por exemplo, focam exclusivamente em produtividade e proteção contra agentes patogênicos, deixando de lado as relações simbióticas e mutualísticas entre a planta e o microbioma, as quais também são guiadas pelo genoma do hospedeiro.

Comunidades rizosféricas de fungos se diferenciaram entre os cultivares de sojas selvagens e modernos, onde uma maior diversidade fúngica com potencial funcional foi detectada nas plantas selvagens, como Gibberella,que produz giberelinas; Arthrobotrys, que auxilia no controle de nematoides; Cladorrhinum, que auxilia no controle de Rhizoctonia em algodão, e Rhizophagus, que é um fungo micorrízico arbuscular.

Por outro lado, nas plantas modernas, as principais comunidades de fungos encontradas eram relacionadas a absorção de nutrientes, como Humicola, Myrothecium e Trichoderma, os quais estão envolvidos principalmente na quebra de celulose e hemicelulose, bem como na decomposição de matéria orgânica.

As mudanças genéticas resultantes dos processos de melhoramento vegetal, além de atingirem os objetivos propostos, também podem originar alterações na arquitetura de raiz e na produção de metabólitos e outros compostos pela planta. Estes fatores, por sua vez, estão diretamente relacionados com a maneira em que o hospedeiro interage com o microbioma do solo, visto que as comunidades microbianas utilizam os exsudatos da região rizosférica como fonte nutricional.

O trabalho completo de Caroline Sayuri Nishisaka, Helio Danilo Quevedo e Rodrigo Mendes, está no livro “Bioinsumos na cultura da soja”, editado por Maurício Conrado Meyer e Adeney de Freitas Bueno e apresentado durante o “IX Congresso Brasileiro da Soja”, entre os dias 16 a19 de maio de 2022, em Foz do Iguaçu. Esse livro compila conhecimentos técnicos sobre produtos, processos e tecnologias no contexto de produção sustentável na cultura da soja.

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Fonte: Embrapa