Cientistas corrigem “falha” na fotossíntese e aumentam produtividade de plantas em 40%

Os cientistas “corrigiram” uma falha natural na fotossíntese e conseguiram aumentar incríveis 40% na produção de plantas em comparação com seus parentes silvestres. O que é a fotossíntese? São reações químicas que ocorrem em todas as plantas transformando a luz do sol e o CO2 (dióxido de carbono) em seu próprio alimento – a glicose.

A nova modificação proposta pelos pesquisadores resultaria em aumento da produtividade, ajudando a alimentar 200 milhões de pessoas no planeta usando o mesmo espaço já utilizado de plantio – de acordo com os cálculos preliminares. Até o momento, a correção só foi aplicada às plantas do tabaco, por isso, ainda existe um longo caminho até que os estudos consigam implementar as descobertas nas plantas da agricultura convencional, mas o estudo é extremamente promissor.

O que é essa falha que precisa de “conserto”?

Trata-se de uma etapa pouco conhecida da fotossíntese que não é ensinada em escolas de ensino médio por ser um conhecimento de ensino superior. Este passo é conhecido como fotorrespiração. “Poderíamos alimentar até 200 milhões de pessoas a mais com as calorias perdidas nas reações da fotorrespiração”, disse Donald Ort, do Instituto de Biologia Genômica da Universidade de Illinois.

“Recuperar essas calorias perdidas será um longo caminho para o mundo, mas atenderia às crescentes demandas e produção de alimento do século XXI”, disse.

Vamos entender melhor…

Para compreendermos do que estamos falando, vamos falar um pouco sobre os processos aleatórios da evolução. Como diria Dr. Ian Malcolm no clássico filme de ficção científica Jurrassic Park, “A vida encontra um caminho”. O que ele não disse, no entanto, é que esse caminho, às vezes, pode ser uma verdadeira bagunça e não ter a eficiência que poderia ter.

Na fotossíntese, um dos passos mais “desajeitado e desengonçado” e fundamental envolve a enzima ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase-oxigenase (RuBisCO) que utiliza CO2 (gás carbônico) formando um composto chamado ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP). Parece difícil, mas ficará mais fácil compreender a seguir.

Os pesquisadores dizem que 20% do tempo gasto neste processo, a RuBisCO está “confundindo” o oxigênio com o importantíssimo gás carbônico.

Isso é um tempo que os cientistas dizem ser um desperdício, pois a planta acaba produzindo glicolato e amônia – dois compostos tóxicos para ela que precisam ser tratados rapidamente pela própria planta antes que causem muitos danos – isso é considerado por muitos pesquisadores como uma falha de eficiência.

Como as plantas se protegem?

As plantas evoluíram para desenvolver mecanismos de se livrar destes dois venenos, e este processo chama-se fotorrespiração. As plantas não se importam em gastar parte de sua energia neste processo vital de reciclagem, já que isso faz com que permaneçam vivas. Mas, quando estamos falando em produção em massa de alimentos, esta falha pode significar um impacto enorme na economia e na oferta de alimentos disponíveis para a população mundial que cresce quase sem controle.

“Custa à planta preciosa energia e recursos que ela poderia ter investido na fotossíntese concentrando-se apenas em seu crescimento e produção”, afirmou Paul South, principal autor do estudo e acadêmico do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos.

E sobre as plantas cultivadas na agricultura?

Arroz, trigo e soja, alimentos produzidos em larga escala e consumidos em todos os países da Terra, sofrem com este acúmulo de toxinas também. Estes três alimentos, que fazem parte da grande maioria das calorias consumidas no dia a dia das pessoas, terão suas produções caindo em larga escala com o aquecimento global nas próximas décadas.

“A RuBisCO tem ainda mais problemas para ter dióxido de carbono a partir do oxigênio à medida que a Terra fica mais quente, causando mais fotorrespiração”, disse a coautora do estudo, Amanda Cavanagh da Universidade de Illinois.

Como os cientistas conseguiram?

Houve inúmeros esforços ao longo dos últimos anos para encontrar maneiras de fazer as plantas agrícolas cresceram mais, evitando este processo de desintoxição. Os cientistas buscaram em bactérias e algas algum processo que pudesse ser entendido e replicado nas plantas.

Genes foram isolados e testados da bactéria Escherichia coli (uma das mais pesquisadas por cientistas em todo o mundo), já que ela também produz glicolato via oxidação.

Outro estudo usou genes que produziam a enzima catalase também a partir da mesma bactéria. Outros pesquisadores focaram-se nas enzimas glicolato oxidase e malato sintase, nas plantas. Outro grupo de pesquisadores usou genes de enzimas das plantas e um gene de algas verdes para entender a enzima glicolato desidrogenase. 

Após 17 tentativas bem-sucedidas de construções de diferentes vias e edições genéticas, os pesquisadores encontraram a via mais eficiente em energia. Após a edição genética, as plantas do tabaco subiram 40% em produtividade, permitindo a planta abandonar a desintoxicação e se concentrar sua energia no crescimento.

A incrível pesquisa, publicada na prestigiada revista científica Science, pode ser um novo caminho que a ciência irá seguir em busca de soluções para a população do planeta que será de 11,2 bilhões de pessoas até 2100 segundo a ONU, um volume sem precedentes de pessoas. Como alimentar tanta gente? É o que os cientistas se perguntam e tentam encontrar respostas.

Fonte: Science Alert Foto de Capa: Reprodução / 24hitech