ARQUIVO

Resposta hormonal de plantas a seca: novas perspectivas para a agricultura

Figura 1. A seca no passado, presente e futuro do clima global, agricultura e segurança alimentar. (A) A maioria dos cenários preveem que a escassez de água aumentará nos próximos anos. Com a população do mundo continuamente crescente, a produção agrícola também deve aumentar para atender às necessidades básicas da civilização. Para esse fim, as plantas devem tornar-se mais eficiente em termos de água. (B) População mundial estimada para o período 1990-2050. A flecha indica o número estimado de pessoas que vivem em áreas com escassez de água. (C) Terra arável global para agricultura para o período 1990-2050. A seta indica a demanda prevista de terras aráveis para garantir alimentos segurança, dadas as taxas atuais de produção agrícola por hectare. (D) Demanda global de água doce para agricultura para o período 1990-2050. A seta indica o declínio previsto na disponibilidade de água doce para agricultura, dadas as tendências atuais de mudança climática e precipitação. Fonte: Gupta et al. (2020).

Os episódios de seca estão se tornando mais frequentes e graves em todo o mundo afetando a vida das pessoas e a economia (Ray et al., 2013) e desafiará cada vez mais o crescimento e o rendimento das plantas (Mega et al., 2019), pois o recurso mais crítico e necessário para a produção de alimentos é a água (Chartzoulakis e Bertaki, 2015), assim a segurança alimentar é uma questão global de crescente preocupação (Gu et al., 2019). Isso é motivado pelo aumento projetado de 2,3 bilhões para a população mundial em 2050, uma tarefa que se torna mais desafiadora pelas mudanças climáticas que influenciam o regime de distribuição das chuvas, expansão das áreas áridas e consequentemente a produção mundial de alimentos (Fao, 2019; Trinka et al., 2015).

A seca é referida como um dos principais fatores, que mais limita a produtividade das culturas (Basu et al., 2016), na década passada a seca foi responsável pelo prejuízo global de ± 30 bilhões de dólares (Gupta et al., 2020). Estima-se que 5 bilhões de pessoas estejam vivendo em regiões com escassez de água (Figura 1B). Desse modo, existe um grande interesse na produção de plantas com maior rendimento para atender a demanda crescente da população por alimentos (Figura 1A) e que utilizem água com melhor eficiência, pois a demanda de água para a agricultura pode dobrar até 2050, enquanto a sua disponibilidade prevê uma queda de 50% devido as mudanças climáticas (Figura 1D). Apesar do aumento da produtividade por kg/ha serão necessários 1 milhão de hectares adicionais para garantir a segurança alimentar (Figura 1C) (FAO, 2019).

No entanto, para deixar a situação mais crítica ainda, estima-se que 5 bilhões de pessoas estejam vivendo em regiões com escassez de água em várias partes do mundo. Desse modo, existe um grande interesse na produção de plantas com maior rendimento para atender a demanda crescente da população por alimentos (Bodirsky et al., 2015) e que utilizem água com melhor eficiência, pois a agricultura entre todas as atividades antrópicas é considerada principal usuária de água (Peragón et al., 2018) e a sua demanda pode dobrar até 2050, enquanto a sua disponibilidade prevê uma queda de 50% devido as mudanças climáticas.

Os episódios de seca estão se tornando mais frequentes e graves (Ray et al., 2013) e desafiará cada vez mais o crescimento e o rendimento das plantas (Mega et al., 2019), a compreensão das respostas de sinalização celular à escassez de água é a chave para esclarecer os problemas agrícolas modernos (Eshed e Lippman, 2019).

A capacidade adaptativa das espécies vegetais em detectar o sinal de deficiência de água e iniciar uma sequência de respostas é definida como resistência à seca e prossegue através de vários mecanismos: escape (aceleração da fase reprodutiva), evitar resistência (manter relativamente maior teor de água nos tecidos, por meio de características adaptativas que envolvem a minimização da perda de água e otimização da captação de água e tolerância suportar o baixo teor de água nos tecidos pela manutenção do turgor celular por meio de ajuste osmótico e elasticidade celular, assim aumentando a resistência protoplasmática (Basu et al., 2016).

Durante períodos de escassez de água, as plantas mantêm o seu equilíbrio por meio de uma variedade de mecanismos, (I) aumentando o volume de solo que pode ser acessado as plantas aumentam a alocação de biomassa nas raízes e, assim, a eficácia da captação de água (York et al., 2016) e consequentemente alterando sua arquitetura de acordo com a disponibilidade de água seja rasa ou profundo, essas respostas a seca são promovidas pelas atividades de células meristemáticas e o sistema vascular (Figura 2 A, B e C), (Dinneny, 2019), (II) fechamento estomático induzido por ABA é considerado uma resposta relativamente rápida contra desidratação (Gupta, 2020), a ativação dos canais externos de K+, leva a uma redução no potencial de água dentro das células guarda, consequentemente a água é exportada das células guarda de acordo com o potencial, resultando em uma redução no turgor e por fim o fechamento estomático (Munemasa et al., 2015) (III) produção e mobilização de osmólitos reguladores como prolina e trealose (Rodrigues et al., 2019) (IV) e simultaneamente, vias de sinalização de fito-hormônio são ativadas para induzir mecanismos de proteção (Bailey-Serres, 2019).

Figura 2. Traços de raiz e parte aérea que são responsáveis pela resistência à seca. (A e B) As plantas inicialmente sentem seca através de suas raízes, onde tipos específicos de células (em azul) – como células meristemáticas, células corticais, e células vasculares – mediam respostas adaptativas às limitações da água. As raízes podem modular sua arquitetura do sistema para (C) maximizar o acesso à umidade superficial ou penetrar em camadas profundas de solo úmido profundo, bem como a (D) dobrar em direção a zonas mais úmidas do solo (hidrotropismo) (E e F). Em órgãos vegetais acima do solo como folhas e caules, os estômatos trabalham ativamente contra a desidratação. Em condições limitantes de água, os estômatos permanecem fechados para reduzir a perda de água. Fonte: Gupta et al. (2020).

A avaliação da sinalização hormonal raiz/parte aérea pela técnica da enxertia entre mutantes sob déficit hídrico para compreensão das manifestações morfofisiológicas e bioquímicas tais como: densidade estomática, alteração epidérmica de raiz e folhas, composição isotópica na folha (δ13C) e expressão de proteínas codificadores de tolerância a seca são parâmetros fisiológicos importantes para o entendimento das respostas das plantas a seca.

Referências

Bailey-Serres, J., Parker, J.E., Ainsworth E.A., Oldroyd, G.E.D., Schroeder, J.I. Genetic strategies for improving crop yields. Nature, v. 575, p. 109-118, 2019.

Basu, S., Ramegowda, V., Kumar, A., Pereira, A. F. (2016) Plant Adaptation to Drought Stress. F1000Research, 5 (1554).

Bodirsky, B.L., Rolinski, S., Biewald, A., Weindl, I., Popp, A., Lotze-Campen, H. (2015) Global Food Demand Scenarios for the 21stCentury. PLoS ONE, 10 (11), e0139201.

Chartzoulakis, K., & Bertaki, M. (2015) Sustainable water management in agriculture under climate change. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 4, 88-98.

Dinneny, J.R. Developmental Responses to Water and Salinity in Root Systems. Annual Review of Cell and Developmental Biology, v. 35, p. 239-257, 2019.

Eshed, Y., Lippman, Z. B. (2019) Revolutions in agriculture chart a course for targeted breeding of old and new crops. Science, 366.

FAO – Food and Agriculture Organization Of The United Nations. (2019). Proactive approaches to drought preparedness–Where are we now and where do we go from here? Roma.

Gu, B., Zhang, X., Bai, X., Fu, B., Chen, D. (2019) Four steps to food security for swelling cities. Nature, 566, 31-33.

Gupta, A., Rico-Medina, A., Caño-Delgado, A. I. (2020) The physiology of plant responses to drought. Science, 368 (6488), 266-269.

Mega, R., Abe, F., Kim, J.S., Tsuboi, Y., Tanaka, K., Kobayashi, H., Sakata, Y., Hanada, K., Tsujimoto, H., Kikuchi, J., Cutler, S.R., Okamoto, M. (2019) Tuning water‐use efficiency and drought tolerance in wheat using abscisic acid receptors. Nature Plants, 5, 153-159.

Peragón, J. M., Pérez-Latorre, F. J., Delgado, A., Tóth, T. (2018) Best management irrigation practices assessed by a GIS-based decision tool for reducing salinization risks in olive orchards. Agricultural Water Management, 202, 33-41.

Munemasa, S., Hauser, F., Park, J., Waadt, R., Brandt, B., Schroeder, J.I. Mechanisms of abscisic acid-mediated control of stomatal aperture. Current Opinion in Plant Biology, v. 28, p. 154-162, 2015.

Ray, D.K., Mueller, N.D., West, P.C., Foley, J.A. (2013) Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050. PLoS ONE, 8 Article e66428

Rodrigues, J., Inzé, D., Nelissen, H., Saibo, N.J.M. Source–Sink Regulation in Crops under Water

Deficit. Trends Plant Science, v. 24, p. 652-663, 2019.

Trinka, M., Hlavinka, P., Semenov, M. A. (2015) Adaptation options for wheat in Europe will be limited by increased adverse weather events under climate change. Journal of The Royal Society Interface, 12 (112) 1-7.

York, L.M., Carminati, A., Mooney, S.J., Ritz, K., Bennet, M.J. The holistic rhizosphere: integrating zones, processes, and semantics in the soil influenced by roots. Journal of Experimental Botany, v. 67, N. 12, p. 3629-3643, 2016.

 

Physiotek Letters: Baixe o artigo completo!

Texto escrito por:

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

sete − 1 =