O microbioma vegetal auxilia na produtividade agrícola sustentável através de múltiplos mecanismos biológicos e ecológicos, que promovem a nutrição, a resiliência e a defesa das culturas em condições ambientais desfavoráveis (imagem gerada por IA Canva)
Trazemos aqui um resumo de uma revisão publicada na revista Nature Reviews Microbiology em janeiro de 2025 por Compant, Cassan, Kostić e colaboradores, com o título “Harnessing the plant microbiome for sustainable crop production” (link da publicação).
Um dos conceitos mais bem estudados em microbiologia, que constitui hoje um novo campo de pesquisa, é o conceito de microbioma. O microbioma pode ser entendido como o conjunto de microrganismos e seus elementos estruturais, ácidos nucleicos, proteínas, lipídios, polissacarídeos e os produtos de inúmeras vias de metabolismo secundário. Os microbiomas abrangem os microrganismos e suas atividades, incluindo sua dinâmica espaço-temporal, que resulta na formação de nichos ecológicos específicos.
Pesquisas sobre o microbioma vegetal têm ampliado consideravelmente nossa compreensão das interações complexas entre plantas e microrganismos. Há intensos estudos sobre a estrutura e as funções dos microrganismos associados às plantas, incluindo os fatores genéticos, bioquímicos, físicos e metabólicos que influenciam as características benéficas da microbiota vegetal. O microbioma das plantas pode ser utilizado para promover uma agricultura sustentável e produtiva, através de diversas aplicações que melhoram a produtividade das culturas diante de uma série de desafios, como as mudanças climáticas, estresses bióticos e abióticos, degradação das propriedades do solo.
Como o microbioma vegetal pode auxiliar na produtividade agrícola sustentável?
Isto será possível através de múltiplos mecanismos biológicos e ecológicos que promovem a nutrição, a resiliência e a defesa das culturas. Vamos comentar alguns deles.
Promovendo a melhoria da nutrição das plantas – microrganismos têm habilidades metabólicas específicas, como a fixação biológica de nitrogênio. Alguns microrganismos simbióticos, como Bradyrhizobium spp e Rhizobium spp e outros de vida livre, como Azospirillum spp, convertem o nitrogênio atmosférico (N₂) em formas assimiláveis pelas plantas, como amônia (NH3). Aqui um parêntesis: o Brasil é pioneiro na implantação desta tecnologia, e estima-se que o uso bem-sucedido de inoculantes com Bradyrhizobium na soja permitiu a produtividade que assistimos hoje. Sem o uso destes bioinsumos, não chegaríamos a este patamar. Além disso, estima-se que esta tecnologia tem evitado a emissão de cerca de 200 a 250 milhões de toneladas de CO₂ por ano, que seriam emitidos na produção de fertilizantes químicos.
Além disso, bactérias e fungos são capazes de solubilizar fósforo e potássio, que estão presentes no solo em formas indisponíveis ao metabolismo vegetal. Também promovem a liberação de micronutrientes essenciais no solo, como ferro, zinco, cálcio, magnésio e manganês.
Promovendo o aumento da resiliência – microrganismos da microbiota promovem estímulo ao crescimento radicular com a produção microbiana de fitormônios, como o ácido indol-3-acético (IAA), giberelinas e citocinas. Além disso, a rede de hifas dos fungos micorrízicos arbusculares (AMF), interações simbióticas entre o sistema radicular das plantas e alguns fungos, altera a arquitetura das raízes e aumenta sua superfície de absorção, expandindo consideravelmente o alcance do sistema radicular para a captação de água e nutrientes.
O microbioma vegetal ajuda a proteger as plantas contra estresses como seca, salinidade e flutuações de temperatura, através de vários mecanismos de indução de tolerância e outros mecanismos de proteção como a produção de biopolímeros (p. ex. exopolissacarídeos) que formam uma matriz protetora ao redor das raízes, os biofilmes; o acúmulo de osmólitos (prolina e glicina betaína); a redução do estresse oxidativo por meio de enzimas antioxidantes microbianas; e a atividade da enzima ACC deaminase, que reduz os níveis de etileno (o hormônio do estresse) nas plantas sob condições severas de seca.
Há ainda a ativação da Resistência Sistêmica Induzida (ISR), em que microrganismos como espécies de Pseudomonas, Bacillus e Trichoderma ativam os genes de defesa da própria planta, preparando-a para responder de forma mais rápida e intensa a infecções por patógenos.
Microrganismos da microbiota ocupam nichos ecológicos e competem por espaço e nutrientes no rizoplano e na filosfera, impedindo a colonização por agentes estranhos à comunidade, quando em equilíbrio, em estado conhecido como homeostase.
Promovendo mecanismos de defesa – o microbioma ainda tem habilidades de combater patógenos diretamente, através da liberação de compostos antimicrobianos, como antibióticos, bacteriocinas, lipopeptídeos e enzimas que degradam a parede celular de fungos nocivos; ou pelo uso de toxinas e proteínas inseticidas bacterianas (como em Bacillus thuringiensis) e o parasitismo direto por fungos entomopatgênicos, que protegem as plantações de insetos.
Microrganismos da microbiota ocupam nichos ecológicos e competem por espaço e nutrientes no rizoplano e na filosfera, impedindo a colonização por agentes estranhos à comunidade, quando em equilíbrio, em estado conhecido como homeostase.
Como o uso da microbiota pode auxiliar na qualidade e segurança alimentar?
Com tudo o que vimos, a microbiota (bactérias e fungos microrrízicos) promove o aumento da qualidade e segurança alimentar, pelo enriquecimento natural das culturas com micronutrientes, a chamada biofortificação. Consegue ainda melhorar sabor e aroma dos alimentos, pois a interação microbiana influencia a produção de metabólitos secundários e perfis voláteis das plantas, melhorando as propriedades sensoriais de frutos como tomates e morangos.
Certos endófitos e microrganismos associados às plantas possuem a capacidade de degradar defensivos agrícolas residuais, reduzindo contaminações de pesticidas e herbicidas no produto final. O emprego de biofertilizantes, bioestimulantes e biopesticidas baseados no microbioma diminui a necessidade de fertilizantes sintéticos e pesticidas químicos perigosos, reduzindo a poluição ambiental.
Essa transição apoia diretamente os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU e a abordagem one health (saúde única), demonstrando que a saúde do solo e das plantas está intrinsecamente ligada à saúde dos animais, dos seres humanos e de todo o planeta.
Existem limitações quanto à eficácia e à consistência dos resultados benéficos quando aplicados no campo. No entanto, o vasto e crescente conhecimento sobre a diversidade, as funções e as interações do microbioma representa uma enorme fonte de informações a serem exploradas para novos tipos de aplicação.
