Em todo o mundo, cientistas trabalham para produzir culturas com maior tolerância ao estresse ambiental. Por exemplo, melhoristas estão tentando fazer o milho prosperar em solos desafiadores. Mas esse desafio tem o seu próprio: as raízes estão no subsolo e, portanto, são difíceis de estudar. Como resultado, embora as raízes sejam de importância crucial para a saúde das plantas – fornecendo nutrientes, água e suporte estrutural – elas são frequentemente deixadas de fora das pesquisas de campo.

Um novo estudo, de Lopez-Valdivia e colegas, é o primeiro a abordar essa lacuna de conhecimento usando milho. raças tradicionais de toda a América. Seu estudo combinou a anatomia real das raízes do milho com características do solo e modelagem computacional para simular o crescimento ideal das raízes em diferentes ambientes de solo. Eles conseguiram identificar tanto adaptações específicas a estresses do solo quanto adaptações amplas adequadas a muitos ambientes de solo.

"Anatômica da raiz" fenótipos "Fenótipos radiculares que reduzem o custo metabólico da exploração do solo são úteis em diversos tipos de solo. Isso os torna alvos atraentes para o melhoramento genético", afirma o Prof. Jonathan Lynch, autor correspondente do artigo. "Este estudo contribui para um crescente conjunto de evidências de que fenótipos radiculares sob controle genético são alvos atraentes para a criação de culturas mais resilientes, urgentemente necessárias na agricultura global."

Segundo Lynch, a utilização de fenótipos radiculares no melhoramento de culturas tem sido marginal até o momento, não apenas devido às dificuldades em estudá-los, mas também porque os melhoristas temem que "possam estar selecionando fenótipos úteis em solos ou ambientes específicos, mas que não seriam úteis em muitos outros ambientes. Esse tipo de ampla adaptação é importante em muitos casos."

Eles recorreram a variedades crioulas para encontrar ampla adaptação, pois estas são adaptadas a ambientes de "baixo insumo", como menor disponibilidade de nitrogênio ou fósforo, e geralmente são mais resistentes a estresses abióticos do que cultivares de elite desenvolvidas para produção de "alto insumo".

Os pesquisadores descobriram que as raízes do milho se configuram naturalmente para evitar altos custos metabólicos durante a exploração do solo e concluíram que 'arquiteturas radiculares intermediárias' devem ser o foco de estratégias de melhoramento genético para favorecer o crescimento em uma ampla gama de solos.

"Mesmo os sistemas de produção agrícola com alto uso de insumos estão sofrendo maior estresse abiótico devido às mudanças climáticas e se beneficiariam com a redução da necessidade de insumos; portanto, este estudo é estrategicamente relevante para a produção global de milho", afirma Lynch.  

Os pesquisadores basearam suas conclusões em imagens de raízes de um painel diversificado de variedades crioulas de milho (Zea mays L. subsp. mays). Foram tiradas imagens de 'raízes nodais(também conhecidas como 'raízes da coroa'), que no milho são o principal sistema radicular da planta. As raízes nodais emergem dos nós do caule localizados acima da semente, mas abaixo da superfície do solo, nos tecidos do colo das folhas da planta. Além disso, uma imagem das 'raízes seminais', que emergem do embrião da semente, também foi tirada para cada planta.

“Para cada nó, medimos o ângulo, o número de raízes nodais, a frequência de ramificação lateral e o diâmetro da raiz”, escrevem Lopez-Valdivia e seus colegas. Além disso, a segunda raiz nodal foi selecionada para estudos anatômicos mais detalhados.

Os pesquisadores descobriram que plantas de milho com menor número de raízes nodais e um ângulo de crescimento acentuado apresentavam melhor desempenho em regiões com limitação de nitrogênio. Já as variedades crioulas de milho com maior número de raízes nodais e arquitetura menos densa tiveram bom desempenho em solos com limitação de fósforo.

Foram estudadas quatro acessões de milho provenientes de cada um dos ambientes áridos e úmidos mais extremos das Américas. As regiões úmidas, que apresentam boa disponibilidade de nitrogênio, mas baixa disponibilidade de fósforo, incluíram milho da Costa Rica e do Peru. As regiões áridas, que apresentam baixa disponibilidade de nitrogênio, mas alta disponibilidade de fósforo, incluíram Argentina, Peru e Colorado (EUA).

Lopez-Valdivia e seus colegas ampliaram a aplicabilidade de seu trabalho ao realizar uma análise de estrutura-função de 96 variedades crioulas de milho, simulando o sucesso de diferentes arquiteturas radiculares em diferentes ambientes nas Américas (ou seja, níveis de precipitação, altitude, disponibilidade de nitrogênio e fósforo). A análise de agrupamento das variedades crioulas dividiu os acessos de milho em quatro grupos que associaram claramente diferentes fenótipos radiculares a diferentes ambientes de solo.

“Isso indica que fenótipos anatômicos que reduzem o custo metabólico da raiz melhoram o desempenho da planta independentemente do ambiente, enquanto fenótipos arquitetônicos da raiz proporcionam uma adaptação mais específica ao ambiente”, escrevem Lopez-Valdivia e seus colegas.

LEIA O ARTIGO: Lopez-Valdivia, I., Rangarajan, H., Vallebueno-Estrada, M. e Lynch, J.(2025) A ampla adaptação ambiental está associada a fenótipos anatômicos radiculares em variedades crioulas de milho: um in silico estudo. Annals of Botany. Disponível em: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf179.

Imagem da capa: Variedades crioulas de milho sendo preparadas para análise de raízes. Imagem cedida pelo Prof. Jonathan Lynch, da [instituição/instituição]. Laboratório de Raízes na PennState.