Mandioca

Nos trópicos, a mandioca ocupa o terceiro lugar como fonte de calorias logo atrás do arroz e do milho, e é tipicamente cultivado por pequenos agricultores com poucos recursos em terras marginais. Uma cultura naturalmente tolerante à seca, fornece um alimento básico essencial para muitas populações vulneráveis ​​à insegurança alimentar. Mas a mandioca é muitas vezes vista como uma prima pobre na família mundial de culturas básicas.

A melhoria e adoção ampliada de culturas adequadas ao crescimento com recursos hídricos limitados em terras marginais é fundamental para garantir a segurança alimentar, dada a limitada terra arável e o crescimento populacional, agravado ainda mais pelos efeitos das mudanças climáticas. Na África subsaariana e em grande parte dos trópicos e subtrópicos, o desenvolvimento e uso de variedades de culturas com alta eficiência no uso da água é particularmente importante para áreas marginais com solos pobres, chuvas incertas e onde a irrigação não está disponível ou não é acessível para os recursos -agricultores pobres. A este respeito, a mandioca merece uma atenção particular devido ao seu estatuto e maior potencial como cultura de segurança alimentar e de rendimento para a maioria dos agregados familiares que vivem em áreas marginais dos trópicos e subtrópicos.

Estima-se que o estresse por umidade ou seca seja o estresse ambiental mais adverso às culturas, respondendo por mais de 70% das perdas potenciais de rendimento agrícola em todo o mundo. Na África, o ciclo de crescimento da mandioca é tipicamente interrompido por 3 a 6 meses de seca, influenciando vários processos fisiológicos da planta, resultando em crescimento, desenvolvimento e rendimento econômico deprimidos. Em geral, a mandioca pode suportar períodos significativos de estresse hídrico. No entanto, existe uma variedade de níveis de tolerância à seca no germoplasma disponível, e seu crescimento e produtividade em áreas marginais são limitados pelo estresse severo da seca, especialmente durante os estágios iniciais de crescimento. O desenvolvimento de variedades de mandioca com características preferidas pelos agricultores e maior tolerância à seca permitirá seu cultivo expandido e rendimentos elevados em áreas marginais.

Dados os desafios inerentes ao melhoramento da mandioca, uma compreensão da base molecular das respostas e tolerância à seca da mandioca pode ajudar muito no desenvolvimento de variedades apropriadas. O melhoramento convencional tem sido dificultado pela alta heterozigosidade da mandioca, interação genótipo por ambiente, ciclo de vida longo e produção limitada de sementes, enquanto o melhoramento molecular é prejudicado por informações limitadas sobre regiões genômicas e genes associados à tolerância à seca na mandioca. Esforços para melhorar a eficiência do uso da água da mandioca por meio do melhoramento convencional têm sido limitados em muitas partes do mundo. Programas de melhoramento na América Latina identificaram com sucesso germoplasma com níveis aumentados de tolerância à seca, com rendimento 2 a 3 vezes maior que os genótipos típicos de mandioca em condições semiáridas.

A tolerância das plantas ao estresse hídrico é uma característica complexa com várias camadas interativas de respostas moleculares e fisiológicas. As respostas ao estresse por seca e os genes de tolerância foram bem caracterizados em várias espécies de plantas, fornecendo informações sobre os caminhos gerais envolvidos e os mecanismos e genes de tolerância em outras espécies. A resistência da planta ao estresse hídrico pode ser alcançada através da fuga (por exemplo, floração precoce em ambientes mais secos), evitação (por exemplo, controle da transpiração pelos estômatos e desenvolvimento de sistemas radiculares extensos), flexibilidade fenotípica, conservação de água nos tecidos, defesas antioxidantes, regulação do crescimento da planta por hormônios e ajuste osmótico. O estresse hídrico induz o acúmulo de metabólitos e proteínas relacionadas à seca.

Ecofisiologicamente, mecanismos de tolerância à seca na mandioca foram identificados, como evitação, por meio do fechamento parcial dos estômatos para reduzir a transpiração, desenvolvimento de sistemas radiculares extensos e reduções proporcionalmente estratégicas no dossel foliar; no entanto, em alguns estudos, maior retenção de folhas foi correlacionada com tolerância à seca, de modo que a relação entre retenção de folhas e tolerância à seca depende do genótipo e provavelmente de fatores ambientais (por exemplo, severidade da seca). Embora um número limitado de estudos moleculares tenha sequenciado bibliotecas de marcadores de sequência expressa normalizada de mandioca sob estresse hídrico, nenhum estudo molecular foi conduzido que quantifique a expressão gênica em genótipos de mandioca simples ou contrastantes sob condições semelhantes às do campo, o que permitiria a identificação de os genes responsivos à seca e os genes candidatos à tolerância à seca mais relevantes para os esforços de melhoria da seca da mandioca.

Um novo estudo sobre a revista de acesso aberto AoB PLANTS confirmou o status de tolerante e suscetível à seca de variedades de mandioca melhoradas e preferidas pelos agricultores, que agora fazem parte do germoplasma sendo integrado ao programa de melhoramento do Instituto Nacional de Pesquisa de Recursos de Culturas em Uganda para desenvolver mandioca tolerante à seca com outros agricultores -características preferidas. As respostas morfológicas e fisiológicas dos dois genótipos ao estresse hídrico foram avaliadas. Os níveis relativos de expressão de genes previamente demonstrados como estando funcionalmente envolvidos ou associados a respostas de estresse hídrico em outras espécies também foram analisados. Este estudo fornece uma caracterização geral das respostas à seca na mandioca, produzindo marcadores baseados em expressão e genes candidatos à tolerância à seca para esforços contínuos de melhoramento da mandioca. Uma compreensão molecular das respostas à seca dessa espécie tolerante à seca também pode fornecer informações para aumentar a tolerância à seca de espécies mais sensíveis à seca.

Caracterização fisiológica e molecular de respostas à seca e identificação de genes candidatos à tolerância em mandioca. (2013) AoB PLANTS 5: plt007 doi: 10.1093/aobpla/plt007
Sumário

A mandioca é uma importante cultura de raízes para agricultores com poucos recursos em áreas marginais, onde sua produção enfrenta restrições de estresse hídrico. Dadas as dificuldades associadas ao melhoramento da mandioca, uma compreensão molecular da tolerância à seca na mandioca ajudará na identificação de marcadores para uso na seleção assistida por marcadores e genes para melhoria transgênica da tolerância à seca. Este estudo foi realizado para identificar genes candidatos à tolerância à seca e marcadores baseados em expressão de estresse hídrico em mandioca. Uma variedade crioula de mandioca tolerante à seca (variedade melhorada) e uma variedade suscetível à seca (preferida pelo agricultor) foram cultivadas na estufa sob condições de boa irrigação e estresse hídrico. Suas respostas morfológicas, fisiológicas e moleculares à seca foram caracterizadas. Medições morfológicas e fisiológicas indicam que a tolerância da variedade melhorada é baseada na prevenção da seca, através da redução da perda de água via fechamento parcial dos estômatos. Dez genes que foram previamente validados biologicamente como conferindo ou estando associados à tolerância à seca em outras espécies de plantas foram confirmados como responsivos à seca na mandioca. Quatro genes (MeALDH, MeZFP, MeMSD e MeRD28) foram identificados como genes candidatos à tolerância à seca da mandioca, pois foram exclusivamente regulados positivamente no genótipo tolerante à seca para níveis comparáveis ​​conhecidos por conferir tolerância à seca em outras espécies. Com base nesses genes, hipotetizamos que a base da tolerância no nível celular é provavelmente através da mitigação da explosão oxidativa e ajuste osmótico. Este estudo fornece uma caracterização inicial da resposta molecular da mandioca ao estresse hídrico semelhante às condições de campo. Os genes responsivos à seca podem agora ser usados ​​como marcadores baseados em expressão de tolerância ao estresse hídrico na mandioca, e os genes de tolerância candidatos testados no contexto de melhoramento (como possíveis loci de características quantitativas) e engenharia de tolerância à seca em transgênicos.

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