Olivier Vandeginste/Science Source

Many plants need bacterial roommates to survive. So why do some kick them out?

Muitas plantas precisam de companheiros de quarto bacterianos para sobreviver. Então, por que alguns os expulsam?

By Elizabeth PennisiMay. 24, 2018 , 2:00 PM

When it comes to getting one of their most critical nutrients, some plants recruit tiny friends: soil bacteria that live in bumps on their roots and harvest nitrogen from the air. A new study reveals that these partners are expensive to keep, however, so much so that some species have given up on these microbial gardeners.

Species from 10 plant families—including peanuts, beans, and mimosa trees (pictured)—all thrive in poor soils because they partner with so-called nitrogen-fixing bacteria. But plant biologists have long puzzled over why the other 18 families in this kingdom, and even some species within those 10, haven’t also evolved this beneficial trait.


Quando se trata de obter um de seus nutrientes mais importantes, algumas plantas recrutam pequenos amigos: bactérias do solo que vivem em solavancos em suas raízes e extraem nitrogênio do ar. Um novo estudo revela que esses parceiros são caros para manter, no entanto, tanto que algumas espécies desistiram desses jardineiros microbianos.

Espécies de 10 famílias de plantas - incluindo amendoim, feijão e mimosa (foto) - crescem em solos pobres porque são parceiros das chamadas bactérias fixadoras de nitrogênio. Mas os biólogos de plantas há muito tempo se perguntam por que as outras 18 famílias neste reino, e até mesmo algumas espécies dentro dessas 10, também não desenvolveram essa característica benéfica.


To find out, researchers sequenced seven genomes of nitrogen-fixing plant species and three closely related species that don’t fix nitrogen. They compared the gene makeup of these with 27 other plant genomes, 18 of them nitrogen-fixers. The analysis suggests the ability to form these partnerships evolved in the common ancestor to the 10 families that have this capability but was lost at least eight times after a gene key to the plant getting hooked up with bacteria mutated or was lost altogether, the team reports today in Science.

These multiple losses suggest the nitrogen-fixing plants invest a lot of energy in these partnerships, so much so that if there’s enough nitrogen in the soil, they stop forming these partnerships and eventually lose the ability to form them at all.
Nitrogen fixation is such a valuable trait that millions of dollars are being spent to endow crops with this ability. But the new work suggests plant scientists need to keep these potential costs in mind.

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doi:10.1126/science.aau2810

Genoma do amendoim é sequenciado

Mapeamento foi feito com duas espécies silvestres ancestrais; informações podem auxiliar na busca de variedades mais resistentes

RODRIGO DE OLIVEIRA ANDRADE | Edição Online 13:08 22 de fevereiro de 2016

© DAVID BERTIOLI / UNB

A. duranensis (esquerda) e A. ipaensis: espécies silvestres deram origem ao amendoim comercial há cerca de 10 mil anos

Um grupo internacional de pesquisadores deu um passo para, no futuro, obter variedades de amendoins resistentes a fungos que causam doenças e comprometem a qualidade da planta. Eles concluíram o sequenciamento do genoma de duas espécies silvestres ancestrais, parentes próximas do amendoim hoje cultivado nos cerca de 24 milhões de hectares espalhados pelo mundo. O amendoim consumido atualmente é resultado de um cruzamento entre a Arachis duranensis e a Arachis ipaensis, ocorrido naturalmente há cerca de 10 mil anos, possivelmente no norte da Argentina. Por ser fruto do cruzamento de duas espécies distintas, o amendoim comercial tem dois genomas, chamados subgenomas A e B – cada célula dessa espécie abriga quatro cópias de cada cromossomo, em vez das duas habituais, ou seja, é uma espécie tetraploide. Esses subgenomas são bastante semelhantes entre si, o que dificulta o mapeamento de cada um deles separadamente.

Em um estudo publicado nesta segunda-feira, 22, na revista Nature Genetics, os pesquisadores, entre eles o botânico inglês David John Bertioli, professor do Instituto de Ciências Biológicas da Universidade de Brasília (UnB), resolveram o problema sequenciando o genoma das duas espécies silvestres, coletadas há décadas por botânicos nas encostas dos Andes, na Bolívia e na Argentina. Cada um dos dois genomas tem mais de 1 bilhão de pares de bases — o genoma humano, para se ter uma ideia, tem 3 bilhões de pares. No estudo, os pesquisadores analisaram as similaridades entre os DNAs das espécies silvestres e o do amendoim cultivado (híbrido). Fazendo isso, conseguiram inferir a estrutura do genoma do amendoim cultivado. “Isso nos fornece dados moleculares importante do amendoim que poderá nos ajudar a produzir variedades tolerantes à seca, resistentes a doenças, mais produtivas e que demandam menos defensivos para sua produção”, diz Bertioli.

Os pesquisadores identificaram regiões genômicas que conferem resistências contra doenças e pragas, como ferrugem e nematoide da galha. A primeira causa pontos amarelados visíveis na superfície dos folíolos causados por fungos e que podem dizimar até 70% da produção; o segundo é um verme que se instala nas raízes das plantas e reduz a absorção e o transporte de água e de nutrientes para ela, comprometendo ou até mesmo inviabilizando a cultura.

O que realmente chamou a atenção é que o genoma da outra espécie silvestre, A. ipaensis, apresentou-se como um tipo de relíquia viva, praticamente idêntico ao subgenoma B do amendoim moderno. A comparação entre as sequências de DNA silvestre e do subgenoma B do amendoim cultivado indicou que elas são 99,96% idênticas, uma semelhança sem precedentes. “É quase como se o DNA tivesse sido amostrado da mesma planta que deu origem ao amendoim cultivado, mantida em um jardim pré-histórico”, comenta. Segundo Bertioli, os genomas das duas espécies parentais proporcionam excelentes modelos para o estudo do genoma do amendoim cultivado, A. duranensis servindo como um modelo para o subgenoma A, e A. ipaensis, para o subgenoma B.

O estudo faz parte de um projeto mais amplo, chamado Peanut Genome Initiative, envolvendo pesquisadores de Estados Unidos, China, Índia, Israel e Brasil, com o objetivo de sequenciar o genoma do amendoim, caracterizar sua variação genética e fenotípica e seus parentes silvestres, ou mesmo desenvolver ferramentas genômicas para a obtenção de variedades melhoradas. Além da alimentação, o amendoim é uma fonte potencial para a produção de biodiesel – algumas variedades chegam a produzir até 50% de óleo para a mesma. O sequenciamento do genoma das espécies silvestres, e sua comparação com os subgenomas do amendoim que conhecemos, foi o primeiro passo do projeto. Os pesquisadores agora pretendem sequenciar o genoma completo do amendoim cultivado.

Artigo científico

BERTIOLI, D. J. et al. The genome sequences of Arachis duranensis and Arachis ipaensis, the diploid ancestors of cultivated peanut. Nature Genetics. fev. 2016.