Uma população global crescente e mudanças nas preferências alimentares para alimentos à base de plantas significam que a produção agrícola precisará aumentar muito nas próximas décadas. O crescimento e o rendimento das culturas são limitados pelo suprimento de carboidratos da fotossíntese do dossel. Os esforços para melhorar a fotossíntese das culturas geralmente se concentram no aumento da taxa de fotossíntese das folhas por unidade de entrada, principalmente água, luz e nitrogênio. No entanto, a fotossíntese em toda a escala do dossel depende não apenas da taxa por unidade de entrada, mas também das contribuições das folhas com níveis de luz e conteúdo de nitrogênio amplamente variáveis. Embora o investimento ideal de nitrogênio deva ser aproximadamente proporcional à quantidade de luz que cada folha recebe, as plantas tendem a subinvestir nas folhas superiores iluminadas pelo sol e investir demais nas folhas inferiores e mais sombreadas. Isso pode representar uma oportunidade para o melhoramento da cultura. As simulações sugerem que o ganho de carbono do dossel poderia ser aumentado sem entradas adicionais se os perfis de fotossíntese do dossel fossem ajustados para corresponder aos ótimos teóricos. No entanto, pouco se sabe sobre a variabilidade hereditária na otimização da distribuição de recursos fotossintéticos entre genótipos de espécies de cultivo.

Em nosso estudo recém-publicado em AoBP, examinamos, pela primeira vez, se a suboptimalidade difere dentro das espécies de cultivo, medindo a captura de luz e a capacidade fotossintética na bandeira e na penúltima folha em 160 genótipos de trigo cultivados no campo. Isso foi conseguido usando sensores de luz feitos sob medida, PARbars e um sistema de troca de gás fotossintético de “alto rendimento” com oito câmaras foliares, OCTOflux. Usando essas ferramentas, encontramos ampla variação na otimização da distribuição de nitrogênio fotossintético em toda a população. Isso foi impulsionado principalmente pela variação na capacidade das plantas de mover N das penúltimas folhas para as bandeiras à medida que o dossel se desenvolve. A análise preliminar da associação do genoma identificou nove fortes associações de marcadores com essa característica, que devem ser validadas em trabalhos futuros em outros ambientes e/ou materiais vegetais. Achamos que selecionar uma distribuição de nitrogênio menos subótima em programas de melhoramento de plantas pode aumentar significativamente a fotossíntese do dossel (em até 5% em nossas simulações) e, por sua vez, aumentar o potencial de rendimento das culturas. Nossos resultados também apóiam evidências recentes de que os esforços para melhorar a fotossíntese das culturas devem olhar além da folha bandeira e considerar a heterogeneidade dentro do dossel.

Pesquisador destaque

William (Tam) Salter cresceu na Escócia e obteve um bacharelado em Ciências Ecológicas pela Universidade de Edimburgo em 2011. Ele se mudou para a Austrália em 2012 para realizar um doutorado em ecofisiologia vegetal na Universidade de Sydney. Tam foi indicado como pós-doutorando em um projeto International Wheat Yield Partnership com A/Prof Tom Buckley em 2016 e atualmente ocupa um cargo de pesquisador de pós-doutorado com a Prof Margaret Barbour na School of Life and Environmental Sciences e o Sydney Institute of Agriculture na The University de Sidney. Ele é o editor de mídia social da AoBP e aproveitou a oportunidade de finalmente escrever sobre seu próprio trabalho para a Botany One.

Tam é um ecofisiologista de plantas interessado em identificar características fenotípicas de plantas que possam ser úteis para a futura segurança alimentar e resiliência do ecossistema sob as mudanças climáticas. Ele trabalhou com plantas nativas australianas, bem como espécies de culturas importantes. Ele também está interessado no desenvolvimento de novas ferramentas e técnicas científicas para entender as características das plantas que não foram estudadas no passado.