O nitrogênio é essencial para a vida na Terra, principalmente porque é um componente chave dos aminoácidos, os blocos de construção das proteínas. As plantas não são exceção a isso e devem obter nitrogênio utilizável para sobreviver. Algumas plantas formam relações simbióticas famosas com bactérias do solo que são capazes de fixar nitrogênio gasoso em uma forma utilizável pela planta. As leguminosas importantes para a agricultura são uma proporção significativa das plantas conhecidas por entrar nessas relações simbióticas. A eficiência dessa relação pode variar dependendo de fatores como as condições ambientais e o tipo de bactéria envolvida. Maximizar essa eficiência é interessante tanto em termos de obter o melhor rendimento possível das culturas de leguminosas, quanto para devolver o nitrogênio ao solo para uso em outras culturas. Em um artigo recente publicado em PNAS, Marcela Mendoza-Suárez e colegas desenvolvem um método para medir a eficiência dessa relação do ponto de vista bacteriano. Um possível uso interessante desse método será selecionar as melhores bactérias para aproveitar ao máximo essa simbiose em cenários agrícolas.

Bactérias fixadoras de nitrogênio (também conhecidas como rizóbios) são hospedadas por plantas leguminosas para obter nitrogênio utilizável em estruturas radiculares especializadas chamadas nódulos (veja a imagem abaixo). Culturas leguminosas são uma importante fonte global de alimentos e uma particularmente próxima do coração do primeiro autor. Como Marcela Mendoza-Suárez disse ao Botany One: 'Sou originária do México, onde o feijão faz parte de nossa alimentação básica, e para famílias de baixa renda que não têm acesso a produtos de origem animal, eles são a principal fonte de proteínas, minerais , fibras, carboidratos e vitaminas. Situação semelhante ocorre em toda a América Latina, em muitos países africanos e na Índia, onde as leguminosas são a principal fonte de proteínas. Infelizmente, em todas essas áreas, os agricultores de baixa renda não podem ter acesso a fertilizantes químicos devido ao seu alto custo.'

Para medir a eficiência de diferentes linhagens de rizóbios em sua interação com as plantas, Mendoza-Suárez e seus colegas começaram a medir dois parâmetros principais. A primeira é a quantidade de enzimas fixadoras de nitrogênio produzidas. Em outras palavras, quão 'eficaz' uma certa cepa de rizóbio pode ser na fixação de nitrogênio. Para medir isso, os autores construíram sequências de DNA que expressam uma proteína fluorescente de um promotor de gene sintético, semelhante ao upstream de genes que codificam enzimas fixadoras de nitrogênio. Quando inserido nos rizóbios, causa a produção da proteína fluorescente proporcional à quantidade de enzimas fixadoras de nitrogênio que as bactérias estão produzindo. Uma leitura disso pode ser obtida medindo a quantidade de fluorescência proveniente dos nódulos radiculares.

O segundo parâmetro a medir é o quão 'competitivas' são as diferentes linhagens de rizóbios, como se são capazes de competir com todos os outros rizóbios em um nódulo, ou de colonizar todos os nódulos no sistema radicular. Para fazer isso, os autores introduziram sequências únicas de 'código de barras' em cada construção de DNA que fizeram para cada cepa de rizóbio. Usando essas sequências, eles foram capazes de identificar quais cepas de rizóbios estavam presentes em cada nódulo e se algumas cepas eram mais capazes de se espalhar por todos os nódulos em comparação com outras. A partir disso, foi calculado um índice de competitividade para cada linhagem de rizóbio. Uma cepa, G083, teve um índice de competitividade mais alto do que qualquer outra e apareceu em todas as plantas testadas pelos autores. G083 também produziu grandes quantidades de fluorescência em nódulos em comparação com outras cepas. G083 é, portanto, uma possível cepa de rizóbio 'elite' nas condições usadas neste estudo, pois é competitiva e eficaz. Esta e outras cepas de alto desempenho podem ser uma alternativa aos caros fertilizantes químicos.

Como os autores apontam, ainda não se sabe se G083 e outras cepas de alto desempenho têm o mesmo desempenho em diferentes condições ambientais. No entanto, os métodos que eles desenvolvem fornecem uma plataforma para um estudo mais aprofundado disso. Embora os autores também façam a maioria de suas medições em diferentes cepas de uma espécie de rizóbio (Rhizobium leguminosarum) em plantas de ervilha, eles mostram que as construções de DNA que eles usam também são capazes de ser, pelo menos parcialmente, expressas por algumas outras espécies de rizóbios. Isso significa que o método desenvolvido pelos autores pode ser aplicado futuramente a uma variedade de espécies de rizóbios em diferentes leguminosas. Mendoza-Suárez diz: 'Tive a oportunidade de testar esta ferramenta em um grande projeto de produção agrícola sustentável chamado ProFaba. Nosso objetivo final é encontrar as melhores técnicas de criação de favas. Graças a este projeto, estou agora procurando cepas de rizóbios de elite em muitos locais de campo na Dinamarca, Alemanha, França, Irlanda, Finlândia, Reino Unido e Espanha”. Cuidado com esse espaço então!