Genes de rizóbios abrem rota para fixação em novas bactérias

Pesquisadores da Washington State University transferiram um conjunto de genes associado à fixação biológica de nitrogênio de rizóbios simbióticos para linhagens bacterianas sem capacidade prévia de formar nódulos. O estudo demonstrou, em prova de conceito, a conversão de bactérias não nodulantes em endossimbiontes capazes de colonizar plantas hospedeiras. A pesquisa aponta uma rota para entender, e futuramente explorar, microrganismos capazes de reduzir a dependência de fertilizantes nitrogenados em culturas agrícolas.

A equipe de cientistas avaliou rizóbios do gênero Mesorhizobium, coletados em ambientes naturais do oeste dos Estados Unidos. Essas bactérias vivem no solo. Algumas formam nódulos em raízes de leguminosas e fixam nitrogênio. Outras não apresentam essa função.

Ilha de simbiose

Os pesquisadores concentraram a análise em um elemento genético móvel chamado ilha de simbiose. Esse segmento carrega genes necessários para a nodulação e para a fixação de nitrogênio. Os cientistas marcaram ilhas de simbiose em linhagens doadoras e promoveram cruzamentos bacterianos com linhagens receptoras sem a ilha. Em seguida, selecionaram bactérias transformadas e testaram a função simbiótica em plantas hospedeiras.

Os resultados indicaram transferência equivalente a oitenta por cento dos testes. A transmissão ocorreu em muitos genótipos. O genótipo da ilha doadora explicou quarenta e oito por cento da variação no número de bactérias transformadas. O genótipo receptor explicou vinte e cinco por cento. A interação entre doador e receptor explicou vinte e seis por cento.

A aquisição da ilha de simbiose permitiu a formação de nódulos em todas as linhagens transformadas avaliadas. Antes da transferência, essas linhagens não nodulavam. Em treze das quinze linhagens testadas, os pesquisadores recuperaram unidades formadoras de colônia a partir dos nódulos. Esse resultado mostrou proliferação bacteriana dentro da estrutura simbiótica.

Fixação funcional

Nem toda nodulação resultou em fixação funcional de nitrogênio. Um terço das linhagens transformadas passou a atuar como mutualista, com aumento do teor de nitrogênio nas plantas. Dois terços originaram relações comensais, sem custo detectável para a planta hospedeira. O estudo não encontrou evidência de dano mensurável ao hospedeiro nos novos endossimbiontes avaliados.

A proximidade genética entre doadores e receptores influenciou o desempenho. Linhagens mais aparentadas geraram transformantes com maior fixação de nitrogênio, maior massa da parte aérea, maior diâmetro de nódulos e maior número de nódulos fixadores. Doadores e receptores oriundos do mesmo tipo de solo, serpentino ou não serpentino, também produziram transformantes com melhor desempenho simbiótico.

A transferência do elemento genético não apresentou o mesmo limite filogenético observado para sua função. Segundo o trabalho, a ilha de simbiose se moveu entre genomas diversos. Em alguns casos, ela deslocou outros elementos genômicos no ponto de inserção associado ao gene de RNA transportador de fenilalanina. Em poucos transformantes, ocorreu transferência parcial da ilha, com perda de genes ligados à fixação eficiente de nitrogênio.

Fixação de nitrogênio

Stephanie Porter, professora associada de ciências biológicas na WSU Vancouver, afirmou haver interesse em caminhos mais naturais para levar nitrogênio às lavouras. Segundo ela, a equipe desenvolveu uma forma de mover um grande conjunto de genes capaz de permitir fixação de nitrogênio e colonização de plantas em bactérias sem essas funções.

O objetivo de longo prazo envolve levar a capacidade de fixação a microrganismos associados a culturas dependentes de fertilizantes. Trigo e milho são exemplos de culturas com alta demanda por nitrogênio. Porter também menciona microrganismos associados a milho ou soja como alvos possíveis para transferência futura dessa capacidade.

Os cientistas ainda pretendem identificar genes e variantes com maior contribuição para o sucesso da transferência. A aplicação agrícola depende dessa etapa. O estudo mostra potencial biotecnológico, mas permanece em fase de prova de conceito, com ensaios em rizóbios e plantas hospedeiras usadas como modelo experimental.

Outras informações em DOI 10.1016/j.cub.2026.04.071