Understanding the impact of climate change on legume nutrition via "omics" and microbiome approaches

Resumo

O clima da Terra está a mudar. A atividade antropogénica catalisou de tal maneira crescentes níveis atmosféricos de dióxido de carbono (CO2) que exponenciou os nefastos efeitos das alterações climáticas, influenciando o normal ciclo de vida e nutrição das plantas. Contribuidoras chave para a nutrição de ferro (Fe) e zinco (Zn), minerais essenciais na dieta humana com níveis de carência globais muito elevados, as leguminosas são também uma das famílias de plantas mais sensíveis a elevadas concentrações de CO2 (e[CO2]). Daí a importância de elucidar os mecanismos e adaptações subjacentes ao rendimento de biomassa, processos fotossintéticos, valor nutricional e modulação do microbioma do solo destas plantas. Como tal, cresceram-se três genótipos de feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) (G1-G2-G3) em condições de campo na Alemanha, numa plataforma de enriquecimento de CO2 atmosférico, em ambiente aberto (FACE). Os genótipos cresceram permanentemente em [CO2] ambiental (controlo, a[CO2]) ou foram expostos durante um mês a e[CO2] (600 ppm) na fase de “pod-filling”. Inicialmente, pôde-se aferir um aumento de biomassa (33-35 %) no grupo exposto a e[CO2]. G2 apresentou o maior aumento de tecido vegetativo e G1, a maior acumulação para os grãos (12 %). De forma a verificar parâmetros ativos e passivos de fluorescência da clorofila (ChlF) dos três genótipos, recorreu-se a técnicas como LIFT e FloX. Verificou-se um menor rendimento de ChlF por indução solar (SIF) para o G1, paralelamente a uma maior eficiência do fotossistema II após e[CO2]. Considerando o valor nutricional, o impacto de e[CO2] foi extremamente variável tendo em conta o genótipo, o mineral e o órgão vegetal. A nível foliar, as concentrações de Fe aumentaram para o G1 e diminuíram para o G3, ao passo que, considerando a porção edível da planta (grão), a concentração deste mineral aumentou no G2 e diminui no G1 e G3. De forma a testar a hipótese destas flutuações nutricionais serem um resultado de alterações a nível molecular, analisou-se a expressão de genes relacionados com o metabolismo do Fe, Zn e stress abiótico para o G1 e G2. Efetivamente, embora sem alteração na expressão de ZIP1, verificou-se um aumento na expressão dos genes FRO2 e bHLH148 em amostras de folhas do G1 após e[CO2]. Tendo em conta que vários fatores de transcrição pertencentes à família bHLH são vitais para a homeostasia do Fe, podendo atuar como reguladores positivos da FRO2, tal pode sugerir uma ativação dos mecanismos de captura de Fe em ambiente de e[CO2]. O conteúdo fenólico total dos grãos foi também afetado, tendo sido observadas reduções significativas (27-28 %) para G1 e G2, corroborado por uma redução significativa (28 %) na atividade antioxidante (apenas para o ensaio de DPPH). Por fim, e considerando a importância das comunidades microbianas do solo para o desenvolvimento vegetativo e nutricional das plantas, foi determinado que, embora a composição geral da microbiota do solo para o G1 tenha sofrido alterações no decorrer do tempo da experiência, nomeadamente quanto aos filos Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria e Chloroflexi, estas não foram provocadas por e[CO2]. Este estudo contribui assim para uma melhor compreensão das respostas bilaterais das leguminosas à exposição de curto prazo de [CO2]. Embora um claro aumento de biomassa tenha sido alcançado, o valor nutricional das plantas de P. vulgaris foi afetado, com impacto tanto a nível da concentração de micronutrientes como de conteúdo fenólico.

Data do prémio	15 fev. 2021
Idioma original	English
Instituição de premiação	Universidade Católica Portuguesa
Supervisor	Marta Vasconcelos (Supervisor) & Célia Manaia (Co-Orientador)