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AROUND 50% da população mundial depende do arroz para sua alimentação diária. A este respeito, a melhoria no rendimento de grãos de arroz é uma das áreas mais importantes no campo da pesquisa de arroz.
O arroz é uma das plantas mais suscetíveis à seca devido ao seu sistema radicular pequeno, cera cuticular fina e rápido fechamento estomático. Uma melhor compreensão das mudanças induzidas pela seca no arroz é essencial para orientar a produção sustentável de arroz sob as mudanças climáticas.
Chun Yue Maurice Cheung, professor assistente de ciências no Yale-NUS College em Cingapura e Rahul Shaw, pós-doutorado na Radboud University na Holanda, colaboraram em um projeto para examinar o efeito da seca no crescimento, rendimento e processos metabólicos do arroz.
“Até o momento, não houve muito progresso relacionado diretamente a parâmetros relacionados ao clima, como o potencial de águas subterrâneas, para serem usados como restrições em um modelo metabólico em escala genômica”, diz Cheung. “Esses parâmetros estão presentes em modelos de crescimento de culturas, então integramos dois tipos de modelos – análise de balanço de fluxo e crescimento de plantas – para estudar as adaptações metabólicas às mudanças no clima.”
Os modelos de análise de equilíbrio de fluxo concentram-se no comportamento celular interno, prevendo as atividades de processos metabólicos, como mecanismos de conversão de nutrientes e energia. Os autores atualizaram e usaram o modelo metabólico em escala genômica de arroz existente (GSM) Os2384. Os modelos de crescimento vegetal calculam as taxas de assimilação de carbono da estrutura do dossel e a produção de biomassa específica de órgão ao longo de alguns meses, conforme impulsionado por fatores ambientais, como a seca. Os autores usaram o WOrld FOod STudies (WOFOST) para este estudo. A integração desses modelos insere restrições de biomassa específicas do dia para cada órgão do modelo de crescimento da planta no modelo metabólico em escala genômica para determinar as mudanças metabólicas diárias envolvidas no crescimento do arroz, desde a plântula até o desenvolvimento da semente em condições normais e limitadas pela água (Figura 1 ).
As simulações mostraram que as plantas com estresse hídrico limitado tiveram taxas de crescimento mais baixas e um período de crescimento mais curto, o que resultou em biomassa geral menor do que a condição normal. A menor biomassa, por sua vez, reduziu a assimilação, o transporte e o armazenamento de N e C, resultando em redução da produtividade.
Para descobrir os mecanismos dessas mudanças, os autores avaliaram a dinâmica metabólica. A maioria das diferenças metabólicas foram observadas entre as duas condições durante a reprodução e enchimento de grãos, indicando que essas são as fases mais sensíveis ao estresse hídrico.
“A análise do metabolismo em diferentes estágios de crescimento de toda a planta e sua comparação entre condições de controle e estresse permitem que os pesquisadores entendam melhor a plasticidade metabólica da planta e as adaptações a um clima em mudança e potencialmente identifiquem alvos de melhoria”, diz Cheung.
Esta abordagem pode ser generalizada para qualquer espécie com modelos de crescimento de culturas disponíveis e modelos metabólicos baseados em restrições.
Todos os scripts e modelos usados neste estudo são de acesso aberto e estão disponíveis gratuitamente em: github.com/mauriceccy/rice-crop-fba-model
tradução em espanhol por Lorena Marchant
