Estudo de DNA revela segredos da invasão do arroz daninho

(Por Planeta Arroz) Nos exuberantes campos de arroz do Sudeste Asiático, um drama oculto se desenrola. O arroz cultivado, nosso alimento básico, enfrenta um desafio persistente: o “arroz  daninhos”, um parente selvagem que sofre mutações e prospera onde não deveria.

Um estudo da Universidade de Washington em St. Louis decifrou o código desse arroz rebelde. Ao estudar o DNA de vários tipos de arroz, descobriu-se os segredos por detrás da sua resiliência. As descobertas revelaram como estas plantas se adaptam e sobrevivem, mesmo quando tentamos controlá-las.

Importância do estudo

O arroz daninho, parente próximo do arroz cultivado, vem crescendo junto com seu parente domesticado há tanto tempo que adquiriu algumas características indesejáveis, tornando-o um forte concorrente nas lavouras que  têm semeadura comercial.

Compreender como este grão indesejável comercialmente evoluiu não é apenas uma ciência interessante, é crucial para os agricultores. Conhecendo os seus truques, pode-se desenvolver melhores formas de controlá-lo e proteger as colheitas , garantindo a segurança alimentar de milhões de pessoas.

Tipos de arroz

O arroz tem uma árvore genealógica fascinante. Existem três tipos principais:

Arroz selvagem

Pense no arroz selvagem como a versão original e indomável do arroz que comemos. Eles prosperam naturalmente em pântanos e rios, ao contrário de seus primos cultivados em fazendas. Estes são os ancestrais do arroz cultivado, ostentando diversas características genéticas e contribuindo para o equilíbrio natural. Embora não sejam colhidos diretamente, oferecem genes valiosos para melhorar colheitas futuras.

Arroz daninho

O arroz daninho é o convidado indesejado da lavoura. Este primo “rebelde” partilha raízes semelhantes com o arroz cultivado, mas causa estragos nos campos agrícolas. Rouba recursos do cultivo comercial, disputando nutrientes e evitando o seu melhor desenvolvimento. A sua resiliência, com sementes fáceis de espalhar e resistência a herbicidas , aumenta a frustração.

Arroz cultivado

O arroz cultivado é o arroz que todos conhecemos, cuidadosamente cultivado para comermos. Ao longo de milhares de anos de seleção cuidadosa, os agricultores cultivaram características desejadas, como rendimentos mais elevados, tipos específicos de grãos e redução da quebra de sementes. Do arroz branco ao basmati, é um alimento básico para metade do mundo.

Foco do estudo

Os pesquisadores investigaram as interações genéticas entre arroz selvagem, arroz cultivado e arroz daninho no Sudeste Asiático. Eles coletaram 217 amostras da região, combinando novos dados com informações existentes.

“Os agricultores do Sudeste Asiático continental – incluindo Tailândia, Mianmar e Vietnã – e a maioria das regiões insulares da Indonésia, Filipinas e partes da Malásia cultivam uma vasta gama de variedades de arroz de terras baixas e de terras altas”, disse BK Song, um investigador malaio de arroz daninho e autor correspondente do estudo. “Isso inclui variedades de elite modernas e raças locais tradicionais.”

O DNA foi extraído e sequenciado dos tipos de arroz para criar uma imagem detalhada de sua composição genética. Os pesquisadores então analisaram os dados em várias etapas. Eles construíram uma “árvore genealógica” para entender como os diferentes tipos de arroz estão relacionados e também procuraram sinais de mistura entre arroz selvagem e cultivado, e como isso pode ter contribuído para a evolução do arroz daninho.

Isto envolveu a busca de regiões específicas no genoma do arroz que mostrassem evidências de adaptações e seleções passadas.

Semelhanças e variações

A análise mostrou que o arroz daninho partilha muito do seu DNA com o arroz selvagem, sugerindo uma “reprodução” recente entre os dois. Isto explica por que o invasor é tão competitivo com as culturas.

Os pesquisadores encontraram genes específicos do arroz selvagem no grão invasor que o ajudam a prosperar em ambientes hostis e a se espalhar facilmente, como aqueles que fazem as sementes caírem facilmente da planta.

O estudo também revelou que o arroz daninho em diferentes regiões se adaptou de maneira única. Alguns adquiriram genes do arroz selvagem que os tornam resistentes a doenças , enquanto outros possuem genes que os ajudam a sobreviver em condições estressantes.

A pesquisa mostra uma relação complexa entre arroz cultivado, selvagem e daninho. Seus genes se misturam, criando novas e às vezes problemáticas formas da planta.

Como o daninho prospera

O estudo revela que as variações de arroz daninho (vermelho, preto, etc…) não seguiram caminho único, mas evoluíram de formas únicas, dependendo do seu ambiente e das práticas agrícolas humanas.

Os pesquisadores descobriram que o arroz invasor passou por uma seleção intensa, levando a regiões específicas de seu DNA ligadas a características benéficas como crescimento mais rápido e resistência ao estresse. Essas adaptações permitiram que prosperassem em condições diferentes das de seus primos domesticados.

Novos insights críticos

Ainda mais interessante, os pesquisadores encontraram genes associados a estilos de vida com ervas daninhas, incluindo resistência a doenças e condições climáticas adversas. Isto explica a sua capacidade de sobreviver e se espalhar, tornando-se grandes dores de cabeça agrícolas.

Mas esse conhecimento pode ser usado como arma. Ao compreender como estas ervas daninhas funcionam, os cientistas podem desenvolver estratégias para reagir. Isto poderia envolver a criação de variedades de arroz menos susceptíveis à invasão ou mesmo a criação de métodos específicos de controle de ervas daninhas que explorem as fraquezas de populações específicas de arroz vermelho.

“Nosso estudo destaca como a introgressão adaptativa – em outras palavras, o fluxo gênico – de espécies selvagens pode contribuir para a evolução das ervas daninhas agrícolas”, disse Olsen. “Já sabemos que esse processo ocorre há algum tempo. Mas este é o primeiro estudo a fornecer uma caracterização genômica detalhada do fenômeno”.

Para ele, “é importante reconhecer que a domesticação das culturas é um processo evolutivo incremental e não um evento de uma única etapa”. “Da mesma forma, penso que corremos o risco de simplificar demasiado o quadro, categorizando cada planta de arroz como selvagem, daninha ou comercial. A verdadeira dinâmica é muito mais complexa.”

Benefícios para a agricultura e conservação

Manejo do arroz daninho: Estudar o DNA do arroz invasor e como ele evolui pode ajudar os agricultores a combatê-lo melhor. Isto poderia envolver a criação de culturas resistentes a herbicidas específicos ou o plantio de diferentes culturas em rotação para reduzir a sua propagação.

Conservação do arroz selvagem: Ao compreender como o arroz daninho se adapta e se espalha, os cientistas podem proteger melhor as espécies de arroz selvagem. Isto poderia evitar a perda de diversidade genética valiosa tanto para o selvagem como para o arroz cultivado.

Melhorar as colheitas de arroz: Estudar como a invasora sobrevive a condições adversas pode ajudar os criadores a desenvolver novas variedades comerciais mais resistentes à seca, às doenças e aos solos pobres.

Manter os ecossistemas saudáveis: Compreender como o arroz vermelho interage com outras plantas e com o seu ambiente pode ajudar os agricultores a gerirem as suas terras de forma sustentável. Isto inclui manter o solo saudável e proteger outras espécies que partilham o mesmo habitat.

A pesquisa é publicada na revista Nature Communications.