Ao estudar variedades de tomate que produzem frutos em épocas de cultivo excepcionalmente quentes, os biólogos da Universidade Brown identificaram a fase do ciclo de crescimento em que os tomates são mais vulneráveis ao calor extremo, bem como os mecanismos moleculares que tornam as plantas mais tolerantes ao calor.
A descoberta, detalhada em um estudo em Biologia Atualpoderia informar uma estratégia basic para proteger o abastecimento de alimentos face à instabilidade climática, disseram os investigadores. A produtividade agrícola é particularmente vulnerável às alterações climáticas, observou o estudo, e prevê-se que o aumento das temperaturas reduza o rendimento das colheitas em 2,5% a 16% por cada 1 grau Celsius adicional de aquecimento sazonal.
Os cientistas tiraram algumas lições da evolução para experimentar a melhor forma de acelerar o processo de adaptação de variedades de tomate, explicou o autor do estudo, Sorel V. Yimga Ouonkap, pesquisador associado em biologia molecular, biologia celular e bioquímica na Brown. Seria preciso muito tempo para esperar que a evolução eliminasse as variedades vulneráveis de tomate, como o Heinz, em favor daquelas que conseguem suportar o calor extremo, um processo que também pode comprometer as qualidades que tornam as culturas vulneráveis comercialmente desejáveis.
“Estamos tentando descobrir a termorregulação em nível molecular e celular e identificar o que e onde precisamos melhorar para que possamos atingir aqueles em cultivares de plantas comerciais e conservar tudo sobre eles, exceto este aspecto que os torna vulneráveis a calor extremo”, disse Ouonkap. “Com o tempo, você pode começar a acumular diferentes mecanismos de resistência à medida que as condições de cultivo continuam a mudar”.
Compreender a termotolerância, ou a capacidade de uma planta resistir a temperaturas extremas, é uma estratégia promissora para abordar a adaptação climática, disse o autor do estudo, Mark Johnson, professor de biologia na Brown.
“Think about se você pudesse tornar um tomate Heinz mais resistente ao estresse térmico sem afetar o perfil de sabor ou a maneira como as pessoas experimentam o tomate”, disse Johnson. “Isso seria uma grande vantagem.”
Reprodução de plantas: uma área madura para pesquisa
A fase de reprodução das plantas tem sido o foco das pesquisas no laboratório de Johnson há muitos anos. Embora a literatura científica inclua estudos sobre como o estresse térmico afeta o crescimento das plantas em geral, ou o desenvolvimento de estruturas reprodutivas importantes, houve uma ausência de trabalhos que examinassem especificamente o que acontece depois que o pólen pousa no estigma durante a reprodução das plantas, disse Johnson.
Para o projeto de tese de Ouonkap, ele se concentrou na fase de crescimento do tubo polínico do ciclo reprodutivo da planta. Ele estudou diferentes cultivares de tomateiros conhecidos por sua capacidade de produzir frutos em estações de cultivo excepcionalmente quentes. As variedades de tomate no estudo eram nativas das Filipinas, Rússia e México e foram todas cultivadas no Centro Ambiental Vegetal em Brown.
Colaborando com cientistas da Universidade do Arizona, Ouonkap estudou como o estresse térmico afeta a capacidade do pólen de crescer na flor do tomate. Ele se concentrou em como a expressão genética muda quando o pólen de tomate produzido por plantas que crescem em condições ideais de estufa são expostos a altas temperaturas quando crescem em uma placa de Petri.
Os parceiros da equipe no Arizona descobriram que a exposição a altas temperaturas apenas durante a fase de crescimento do tubo polínico limita a produção de frutos e sementes de forma mais significativa em cultivares de tomate sensíveis ao calor do que naquelas que eram tolerantes ao calor. É importante ressaltar que Ouonkap descobriu que os tubos polínicos da variedade de tomate Tamaulipas, conhecida por ser tolerante ao calor, aumentaram o crescimento sob altas temperaturas. Sua análise molecular do tubo polínico nesses tomates permitiu à equipe de pesquisa identificar os mecanismos associados à termotolerância.
Os tomates são um organismo very best para este tipo de pesquisa, disseram os pesquisadores. A capacidade de diferentes variedades se adaptarem a uma variedade de climas extremos oferece aos cientistas insights sobre como as espécies variam nas suas respostas às condições ambientais. Os tomates são também uma importante cultura comercial em países de todo o mundo, desde o Mediterrâneo ao Egipto, da Turquia à Califórnia – alguns dos quais estão entre os mais vulneráveis a condições de calor extremo.
Com os mecanismos moleculares corretos agora identificados, o próximo passo seria determinar técnicas específicas para permitir o crescimento do tomate em diferentes climas. Num cenário hipotético, os cientistas poderiam desenvolver uma pequena molécula que pudesse preparar o pólen das plantas para resistir a uma onda de calor, explicou Johnson.
“Quando a previsão do tempo mostrava duas semanas de altas temperaturas durante a fase de crescimento do tubo polínico, o agricultor aplicava nas plantas um produto que alterava a expressão genética para que o pólen fosse resistente ao calor”, disse ele.
Embora esse tipo de manipulação ainda esteja distante no futuro, os pesquisadores disseram que esta área de pesquisa está pronta para ser explorada.
Este projeto foi financiado pela Nationwide Science Basis (IOS-1939255) com apoio adicional do Instituto Nacional de Alimentação e Agricultura do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (2020-67013-30907, 2024-67012-41882) e dos Institutos Nacionais de Saúde ( 5R35GM139609, PI AEL).
