Irrigação redefine comunidades bacterianas no trigo

Durante oito anos, cientistas observaram o que ocorre sob a superfície de um campo de trigo. No interior do estado de Washington, onde o solo seco estende-se por gerações, pesquisadores monitoraram dois mundos paralelos: parcelas irrigadas, mantidas com umidade regular, e áreas de sequeiro, expostas ao regime natural de chuvas escassas. Ambas semearam o mesmo trigo, ‘Louise’, ano após ano. Sob a terra, a biologia seguiu caminhos distintos.

A pesquisa liderada por uma equipe do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) analisou a fundo as comunidades bacterianas associadas às raízes do trigo.

Combinando biologia molecular, modelagem climática e estatística, o estudo sequenciou mais de 16 milhões de fragmentos genéticos oriundos da rizosfera (solo próximo às raízes) e da endosfera (tecido interno das raízes). Os dados cobriram 203 amostras coletadas entre 2011 e 2018, um dos mais longos levantamentos já realizados em microbiomas agrícolas.

Os resultados revelaram que a irrigação sustentada não apenas beneficiou a produtividade do trigo — que dobrou ou quadruplicou em relação ao sequeiro — como também ampliou a diversidade e a estabilidade das comunidades bacterianas. Gêneros como Pseudomonas, Variovorax e Chryseobacterium, típicos de ambientes ricos em nutrientes, mantiveram populações estáveis sob irrigação.

Já sob sequeiro, bactérias como Burkholderia e Mucilaginibacter mostraram resiliência crescente, adaptando-se a solos cada vez mais secos.

Mas nem todos os microrganismos resistiram à passagem do tempo. Actinobacteria spp. — um grupo conhecido por sobreviver em ambientes áridos e formar esporos resistentes — apresentaram declínio progressivo, tanto em condições irrigadas quanto secas. Aparentemente, fatores além da umidade do solo, como o envelhecimento da planta e a monocultura prolongada, afetaram essas populações.

No interior das raízes, a tendência foi mais pronunciada. Os pesquisadores notaram uma redução generalizada na diversidade da endosfera, independentemente do regime hídrico.

Isso sugere que o principal fator controlador nesse compartimento é o próprio trigo, cuja fisiologia evolui ao longo do ciclo de cultivo e ao longo dos anos. A planta, mais do que o clima, determina quem entra e quem fica.

A diferença entre rizosfera e endosfera é mais do que espacial. Na rizosfera, as comunidades bacterianas responderam de maneira mais intensa às variações de umidade, especialmente no verão.

A irrigação induziu picos de diversidade e abundância no estágio de grão pastoso, por volta de junho. Em seguida, com a aproximação da maturação, essa diversidade caiu.

No sequeiro, os níveis foram mais estáveis — e mais baixos.

Nos três primeiros anos do experimento, análises temporais mostraram que parte das bactérias seguia ritmos sazonais consistentes.

Gêneros como Arthrobacter e Massilia predominavam no início da estação. Outros, como Bradyrhizobium e Mycobacterium, apareciam mais tarde, durante a maturação da planta.

Cada grupo parecia responder a alterações no perfil químico das raízes, que mudam conforme a planta cresce, absorve nutrientes e libera exsudatos — compostos que funcionam como sinais e alimentos para microrganismos.

Diferenças intensificam-se

As diferenças intensificaram-se com o tempo. Em 2018, as comunidades bacterianas nos dois tipos de manejo apresentavam perfis marcadamente distintos. O sequeiro favoreceu microrganismos com resistência ao estresse hídrico. A irrigação estimulou espécies que prosperam em ambientes mais úmidos e ricos em matéria orgânica. Algumas bactérias, como Sphingomonas e Massilia, comuns nos primeiros anos, perderam força com o tempo, indicando que a monocultura também atua como um filtro ecológico.

A análise das tendências de longo prazo revelou quatro padrões principais: bactérias que cresceram tanto em sequeiro quanto em irrigado; outras que declinaram em ambos; um grupo que aumentou no sequeiro, mas caiu na irrigação; e outro que fez o contrário.

Entre os que prosperaram na irrigação estão Rhizobium, Acidovorax e Terrimonas, associados a processos como desnitrificação e metabolismo de substratos orgânicos sob condições anaeróbicas.

Já o grupo adaptado ao sequeiro inclui Burkholderia, Rhodanobacter e Mucilaginibacter, capazes de promover o crescimento vegetal e suportar estresses ambientais. Essas bactérias provavelmente utilizam compostos liberados pelas raízes sob condições de seca para se manterem ativas, mesmo com baixa disponibilidade de água.

Por sua vez, a endosfera abrigou menos flutuações. Lá, a planta exerce controle mais rigoroso sobre os microrganismos internos. Poucos grupos cresceram ao longo dos anos. A maioria — incluindo importantes Actinobacteria como Streptomyces, Amycolatopsis e Gaiella — declinou, sugerindo que o envelhecimento da planta e o esgotamento de recursos interferem diretamente na permanência desses organismos.

A constatação mais marcante do estudo é que a irrigação, ao modificar a umidade e a temperatura do solo, altera de forma duradoura a ecologia bacteriana nas raízes do trigo. Mais ainda, revela que o impacto não se limita ao curto prazo. Ano após ano, a diferença entre sequeiro e irrigado aumenta, como duas espécies que evoluem separadamente a partir de um ancestral comum.

Mais informações em doi.org/10.1094/pbiomes-02-24-0028-r