Os pesticidas nem sempre são necessários: investigadores da Universidade de Zurique conduziram um estudo de campo abrangente que mostra que os danos causados pelos herbívoros podem ser reduzidos através da utilização da biodiversidade dentro de uma espécie de planta. Diferentes genótipos de plantas podem cooperar para ajudar a afastar insetos herbívoros.
Assim como os humanos, as plantas interagem com os indivíduos ao seu redor. Por exemplo, se as pessoas ao seu redor são mais suscetíveis a infecções, o seu próprio risco de ser infectado aumenta e vice-versa. O mesmo se aplica às plantas. Quando diferentes tipos genéticos da mesma espécie vegetal são misturados e plantados juntos, algumas combinações são mais resistentes a pragas e doenças. Este efeito positivo na biodiversidade é conhecido como resistência associativa.
Um dos principais desafios da sociedade moderna reside na conciliação da segurança alimentar com a preservação do ambiente e da biodiversidade. Pragas e doenças representam sérias ameaças às culturas, tornando os agentes químicos como os pesticidas cruciais na agricultura. No entanto, os pesticidas podem reduzir a biodiversidade dos insetos. “Neste contexto, a resistência associativa pode ser um novo método para garantir a produção de alimentos e ao mesmo tempo preservar a biodiversidade”, afirma Kentaro Shimizu, Diretor do Departamento de Biologia Evolutiva e Estudos Ambientais da UZH.
Mas que combinações de genótipos de plantas devem ser plantadas em conjunto para resistir eficazmente a pragas e doenças? Por exemplo, se selecionarmos dois genótipos de um total de 199 genótipos, existem 19.701 combinações possíveis. Pesquisadores da UZH desenvolveram agora novos métodos de previsão genômica usando um modelo físico para analisar interações entre indivíduos no nível genético.
Primeiro, os pesquisadores conduziram experimentos de cultivo de plantas em grande escala durante dois anos em campos abertos no Campus Irchel, bem como no Japão. Para os 199 genótipos da planta modelo Arabidopsis thaliana coletados em todo o mundo, já havia informações de DNA genômico disponíveis. Os pesquisadores misturaram e plantaram aleatoriamente mais de 30 indivíduos de cada um dos genótipos, totalizando 6.400 plantas. “Para contar 52.707 insetos em 6.400 plantas, o pesquisador sênior Yasuhiro Sato passou meses no jardim de pesquisa. Este incrível conjunto de dados, coletados aproveitando o jardim de pesquisa no campus Irchel, foi a chave para este estudo”, diz Kentaro Shimizu.
Até agora, não havia métodos para analisar quais regiões genômicas sustentam interações como a resistência associativa entre plantas vizinhas. Yasuhiro Sato e sua equipe desenvolveram, portanto, um novo método analítico chamado Neighbor GWAS. Este método aplica um modelo usado em física para analisar as interações entre ímãs e as interações entre plantas vizinhas. Ele examina como os danos dos herbívoros são afetados quando indivíduos com sequências genéticas específicas de DNA são adjacentes, com base nos resultados reais de experimentos de campo.
A partir da análise utilizando este novo método, foi demonstrado que numerosos genes estão envolvidos nas interações com os indivíduos circundantes. Usando um método de aprendizado de máquina, os pesquisadores foram capazes de prever danos aos herbívoros e identificar combinações benéficas de genótipos para as quais a resistência associativa foi prevista.
A equipe de pesquisa conduziu outro experimento de campo em grande escala durante dois anos, plantando cerca de 2.000 indivíduos de plantas em pares de genótipos para os quais foram previstos três níveis diferentes de resistência associativa. Este experimento revelou que, em comparação com o plantio de um único genótipo, a mistura de dois genótipos reduziu os danos aos herbívoros em 24,8% e 22,7%, respectivamente, para o nível mais alto e o segundo mais alto de resistência associativa.
“Do ponto de vista da pesquisa básica, isso pode ser visto como um marco no estudo das interações entre indivíduos vegetais”, diz Kentaro Shimizu. “Destaca a importância da biodiversidade de duas maneiras. Em primeiro lugar, a diversidade genética das próprias culturas pode reduzir os danos causados pelas pragas. Em segundo lugar, a redução do uso de pesticidas em ambientes agrícolas pode contribuir para a conservação da biodiversidade, incluindo a dos insectos.”
Metanálises com Bernhard Schmid como coautor mostraram que em culturas como o trigo ou o arroz, são alcançados aumentos de rendimento de 4-16% se genótipos aleatórios forem misturados no campo. Segundo Shimizu, para essas importantes espécies de plantas agrícolas cujos genomas são conhecidos, o novo método permite prever misturas de genótipos específicos de plantas que maximizam a resistência associativa, aumentando ainda mais o rendimento e, ao mesmo tempo, economizando no uso de pesticidas.
Literatura
Yasuhiro Sato, Rie Shimizu-Inatsugi, Kazuya Takeda, Bernhard Schmid, Atsushi J. Nagano, Kentaro K. Shimizu. Redução da herbivoria no plantio misto por meio da previsão genômica dos efeitos vizinhos no campo. 30 de setembro de 2024. Comunicações da Natureza. faça: https://doi.org/10.1038/s41467'024 -52374-7
