Pelos em gancho ajudam o feijão-comum a sobreviver à seca

Uma planta de feijão começa a lutar pela sobrevivência quase no instante em que rompe a superfície do solo. Nos primeiros dias, antes de as raízes crescerem o suficiente para alcançar água e nutrientes de forma constante, a plântula jovem enfrenta uma pressão considerável.

O tempo quente, o terreno seco e os solos pobres podem eliminar muitas plântulas antes de os agricultores sequer observarem um crescimento vigoroso nos campos.

Agora, investigadores descobriram uma característica oculta que ajuda as plantas de feijão-comum a ultrapassar essa fase inicial. A descoberta poderá permitir o desenvolvimento de culturas que resistam mais facilmente à seca e dependam menos de fertilizantes.

A importância das culturas de feijão

O feijão está entre as culturas alimentares mais importantes do mundo. Entre as variedades comuns encontram-se o feijão-verde, o feijão-pinto, o feijão-preto e o feijão-vermelho.

Embora tenham aparências distintas nas prateleiras das lojas, todas pertencem à mesma espécie e funcionam de forma muito semelhante do ponto de vista biológico.

Em 2024, a produção mundial de feijão seco atingiu cerca de 28.9 milhões de toneladas métricas (31.9 milhões de toneladas norte-americanas). Para milhões de pessoas em todo o mundo, o feijão é uma fonte essencial de proteína, fibra e ferro.

Por isso, a sobrevivência das plântulas é uma questão importante. Mesmo uma perda reduzida no início da época pode prejudicar financeiramente os agricultores.

As plântulas de feijão falham frequentemente cedo

Para os produtores, as perdas no início da estação são habituais.

“Uma planta jovem é muito vulnerável à seca, às pragas e à falta de nutrientes enquanto a plântula se estabelece”, afirmou Alexander Bucksch, autor sénior do projecto e professor associado na Escola de Ciências Vegetais da Universidade do Arizona.

“Isso representa um grande custo económico para os produtores”, acrescentou Bucksch. “À medida que a seca e o calor aumentam, a mortalidade das plântulas pode ser muito maior.”

Os investigadores estimam que, normalmente, entre 5 e 20 percent das plântulas não chegam a tornar-se plantas adultas.

Pelos radiculares das plantas

Há décadas que os cientistas estudam raízes, mas observar directamente o que acontece debaixo da terra sempre foi difícil.

“Durante mais de um século, o que acontece nas raízes das plantas sob o solo tem sido, em grande medida, uma ‘caixa negra’ na agricultura”, explicou Bucksch.

“O solo é opaco. Não se consegue simplesmente ver através dele a olho nu ou com uma câmara normal”, disse Bucksch. “O solo também é rico em ferro, o que interfere com os métodos convencionais de imagiologia.”

Essa limitação levou a equipa de investigação a criar novas ferramentas para analisar raízes de feijão a nível microscópico. Foram utilizados sistemas especializados de imagiologia, juntamente com um programa desenvolvido pela equipa, denominado DIRT/μ, sigla de Imagiologia Digital de Características Radiculares à Microescala.

O programa permitiu aos investigadores detectar diferenças subtis em estruturas radiculares minúsculas que os métodos de imagiologia habituais provavelmente não identificariam.

Identificadas novas células nas raízes do feijão

Com estes instrumentos, os investigadores identificaram novas estruturas unicelulares que se formam subterraneamente nas raízes de plântulas de feijão. Deram-lhes o nome de pelos em gancho.

Estas células pequenas e recurvadas desenvolvem-se nas raízes muito antes dos pelos radiculares normais e poderão ajudar as plantas jovens a absorver nutrientes, a reter água e, possivelmente, até a defender-se de pragas nocivas presentes no solo.

O que mais surpreendeu a equipa foi o momento em que surgem. Os pelos radiculares normais aparecem geralmente entre cinco e 10 dias após a germinação. Já os pelos em gancho foram observados ao fim de apenas três dias.

Isto altera a forma como os cientistas entendem o crescimento inicial das plantas.

A questionar pressupostos antigos

A ideia de que as plântulas passam as primeiras duas semanas a viver exclusivamente das reservas armazenadas na semente pode não contar toda a história.

“Descobrimos que estes pelos em gancho começam a captar nutrientes do solo, como fósforo e azoto, muito mais cedo”, afirmou Bucksch.

O fósforo e o azoto são dois dos nutrientes mais importantes para o crescimento das plantas. Os agricultores acrescentam-nos frequentemente através de fertilizantes, mas os preços destes produtos aumentaram acentuadamente nos últimos anos, e a sua utilização excessiva pode poluir rios e águas subterrâneas.

Se as culturas passarem naturalmente a captar melhor os nutrientes numa fase precoce, a agricultura poderá tornar-se mais barata e eficiente.

Células radiculares de feijão preparadas para proteger

Os pelos em gancho parecem desempenhar mais funções do que apenas a absorção de nutrientes. Os investigadores verificaram que estas estruturas contêm uma via activa de suberina. A suberina é um material ceroso que as plantas utilizam para regular o movimento da água e proteger os tecidos contra a desidratação.

Esse revestimento poderá ajudar as plântulas de feijão a sobreviver a temperaturas escaldantes no solo e a condições secas antes de os seus sistemas radiculares estarem plenamente desenvolvidos.

A equipa encontrou também indícios de que, a nível molecular, estas células diferem dos pelos radiculares normais.

“O estudo é importante por demonstrar que nem a genética nem a fenotipagem, por si só, conseguem determinar um tipo de célula; é necessário considerá-las em conjunto”, afirmou Sergio Alan Cervantes Pérez, investigador associado de pós-doutoramento no laboratório de Bucksch, que liderou a componente de bioinformática do projecto.

Segundo Bucksch, os investigadores analisaram desde a actividade genética até à forma das células para confirmar a descoberta. Concluíram que a via de suberina nas células em gancho é irreversível, e não apenas um estado temporário.

Plantas, pelos radiculares e seca

A forma pontiaguda dos ganchos chamou a atenção dos cientistas por outro motivo. As plantas já empregam estruturas em gancho acima do solo como sistemas de defesa. Os minúsculos pelos vegetais aéreos, conhecidos como tricomas, conseguem prender ou afastar insectos como os pulgões.

Os investigadores suspeitam agora de que estes pelos em gancho subterrâneos também possam combater pragas no solo.

“Suspeitamos que estes pelos em gancho subterrâneos e pontiagudos possam conseguir agarrar-se a nemátodes nocivos e matá-los, uma das maiores causas de perdas de culturas nos EUA”, disse Bucksch.

Os nemátodes são vermes microscópicos que atacam as raízes das plantas e causam anualmente milhares de milhões de dólares em prejuízos nas culturas dos agricultores.

A próxima etapa da equipa será testar essa hipótese, ao mesmo tempo que explora por que razão o feijão-comum desenvolveu pelos em gancho e a soja não.

“Estamos particularmente interessados em perceber porque é que o feijão-comum desenvolveu pelos em gancho e porque estão ausentes em culturas como a soja. Isto poderá ser a chave para tirar partido desta adaptação e ajudar a desenvolver culturas mais resilientes ao clima”, concluiu Bucksch.

O estudo completo foi publicado na revista Science Advances.