Batatas Híbridas – Uma Solução Climaticamente Inteligente para Produtores de Batata
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Colaboradores, colegas e apoiadores do projeto: Lucia Sandra Perez Borroto, Lorena Gonzales Ramirez, Ernst-Jan Eggers Salome Prat, Maroof Ahmed-Shaikh.
A elevada importância da cultura da batata a nível mundial não depende apenas do facto de ser a terceira cultura mais consumida a seguir ao arroz e ao trigo (FAO, 2014). O alto teor de energia dos tubérculos, a técnica de cultivo simples da cultura e a extensa distribuição geográfica das áreas de produção fizeram da batata uma importante cultura de segurança alimentar, especialmente para países em desenvolvimento e pequenos agricultores.
A grande diversidade de condições ambientais nas diferentes regiões de cultivo cria a necessidade de superar a dependência da tuberização do fotoperíodo e também desenvolver variedades bem adaptadas, resilientes ao clima e resistentes a diversos estresses bióticos. Essa necessidade torna-se ainda mais premente nos dias de hoje sob os efeitos das mudanças climáticas, com o aumento dos estresses (principalmente abióticos) e a necessidade de novas cultivares para manter a estabilidade da produtividade.
Estresse abiótico e batata
Quais são os estresses abióticos mais comuns das batatas?
Um dos estresses mais frequentes que cada vez mais os produtores de batata enfrentam hoje em dia é o aumento da temperatura. As plantas de batata são muito sensíveis ao estresse térmico, pois são consideradas culturas de estação fria. A temperatura elevada (mesmo aumentos moderados durante a tuberização) pode inibir a formação do tubérculo, causando severas penalidades no rendimento e redução da qualidade interna e externa. O fenômeno do “broto de calor” é bastante comum quando os tubérculos imaturos são expostos a altas temperaturas, resultando na diminuição da pós-colheita (vida útil) dos tubérculos (Zhang et al., 2021). Por outro lado, as baixas temperaturas (abaixo de 0 °C) também representam um problema para a cultura, pois ela é sensível à geada nos primeiros estágios de desenvolvimento. Além dos danos causados pelas baixas temperaturas acima do solo, temperaturas do solo abaixo de 0°C causarão perda total de rendimento (Pino et al., 2007).
Apesar de sua alta Eficiência no Uso da Água (WUE), a batata é extremamente sensível até mesmo a uma leve limitação de água, levando à redução do rendimento. A redução das chuvas (precipitação), como um dos efeitos das mudanças climáticas, está limitando a produção em regiões áridas sem irrigação adicional. Dependendo do momento e da duração, o estresse hídrico pode afetar a produtividade da batata de diversas formas. Durante a fase vegetativa, a seca pode afetar a fotossíntese e o crescimento das plantas e causar perda de folhas. Posteriormente, esse estresse pode encurtar o ciclo de vida da cultura, reduzindo o número e o tamanho dos tubérculos produzidos e sua qualidade (Nazir & Toth., 2022). Além disso, as batatas também são relativamente sensíveis ao estresse salino, especialmente quando cultivadas em regiões costeiras. Ao mesmo tempo, inundações, mesmo que por um curto período de tempo, podem causar danos significativos às plantas.
Para atender a essas demandas, agricultores e cientistas tentaram, durante séculos, melhorar as plantações de batata por meio do melhoramento.
A complexidade da genética da batata
O melhoramento genético da batata no século passado foi modesto, com variedades antigas como Bintje e Russet Bank permanecendo amplamente cultivadas. O principal fator limitante para isso é a complexa genética da batata com variação nos níveis de ploidia entre as espécies. A maioria das variedades cultivadas tem quatro cópias do número padrão de 12 cromossomos (2n=4x=48) (tetraploides). Devido a isso, criar uma nova variedade-cultivar e adicionar uma característica extra com técnicas tradicionais leva de 15 a 20 anos.
O que é criação híbrida de batata?
Quais são os híbridos de batata?
Os cientistas experimentaram o cultivo de batata híbrida nos últimos anos para simplificar e acelerar a criação de novas variedades de batata, com muitos resultados promissores. A revolução consiste em tornar as batatas diplóides (com apenas 2 cópias de cromossomos como tomates) e autocompatíveis. Isso permite a introdução de um novo traço (característica) em apenas 3-4 anos. Neste ponto, é importante esclarecer que os híbridos de batata não são de forma alguma Organismos Geneticamente Modificados.
Outra grande mudança acompanha esta revolução. Como muitos outros vegetais populares, as batatas híbridas podem se reproduzir usando tanto os tubérculos (sementes de batata) quanto as sementes botânicas reais (True Potato Seeds) produzidas sexualmente. morfologia da planta da batata
A chave para destravar o melhoramento híbrido foi um gene específico chamado “Sli”, que foi responsável por restaurar a autocompatibilidade com as plantas de batata (Eggers et al., 2021). Isso significa que as plantas de batata com esse gene podem ser autopolinizadas e produzir sementes.
Batatas híbridas abrem as portas para a introdução mais fácil de vários genes de interesse, visando melhorar a tolerância das plantas a estresses abióticos. Um desses genes é o StFLORE no qual a equipe de Christian Bachem da Universidade de Wageningen se concentrou recentemente (Gonzales et al., 2021). Com base em experimentos de laboratório, as plantas que carregavam esse gene não apenas cresciam mais rapidamente, mas também eram mais robustas, mesmo sob estresse hídrico, do que a planta normal. As plantas de batata que carregam o gene StFLORE também tiveram um sistema radicular subterrâneo melhorado.
O desenvolvimento de batatas tolerantes ao stress no “microscópio” do projeto ADAPT
A necessidade de desvendar os genes por trás da tolerância ao estresse das plantas de batata levou 10 das principais instituições de pesquisa acadêmica, 4 produtores de batata, um desenvolvedor de tecnologia de triagem, uma associação sem fins lucrativos da UE e uma agência governamental a criar o consórcio ADAPT (Desenvolvimento Acelerado de Múltiplos -stress tolerAnt PoTato). Este projeto da UE de 5 anos (iniciado em 2020) visa desenvolver novas estratégias para tornar as batatas adequadas para as condições climáticas desafiadoras do futuro, como calor combinatório e estresse hídrico, incluindo inundações resultantes de fortes precipitações. Espera-se que a alta relevância prática do projeto beneficie criadores, agricultores e consumidores.
Temos a sorte de ter acesso e usar muitas tecnologias que permitem a fenotipagem muito precisa de nossas plantas. Entre as tecnologias de ponta do Centro de Fenotipagem de Plantas da Holanda (NPEC) que usamos estão o TraitSeeker e 3 drones com dispositivos equipados com câmeras coloridas, térmicas, 3D (LIDAR) e hiperespectrais, oferecendo fenotipagem detalhada e desempenho da cultura ( fenotipagem em profundidade).
As vantagens de usar batatas híbridas e sementes de batata verdadeiras (TPS)
Embora ainda não existam variedades híbridas de batata disponíveis no mercado, os cientistas planejam lançar as primeiras variedades em 2024. A tecnologia de reprodução híbrida abrirá as portas para a criação de novas variedades de batata melhoradas, resistentes a importantes doenças da batata, maior eficiência no uso de nitrogênio e água , e características de qualidade superior. Isso ajudará os agricultores a lidar com os efeitos das mudanças climáticas e a cultivarem de forma mais sustentável, reduzindo o uso de fitoquímicos.
As batatas híbridas podem ser propagadas usando a True Potato Seed (TPS) produzida pelas bagas das plantas (acima do solo) em vez dos tubérculos (sementes de batata) que todos os agricultores usam atualmente. Dependendo da variedade de batata, uma planta pode produzir de 5 a 50 bagas, cada uma contendo de 50 a 150 sementes. Essas sementes são minúsculas, menores ainda que as sementes de tomate, e serão necessários apenas 25 gramas de TPS (62.500 sementes) em vez de 2.500 quilos de tubérculos de batata-semente para plantar um campo de um hectare. semente de batata verdadeira versus semente de batata.
O transporte e manuseio da batata-semente (tubérculos) são os mais trabalhosos e intensivos em energia devido ao grande tamanho do material propagativo e sua sensibilidade. Pelo contrário, o TPS pode ser facilmente transportado, reduzindo a pegada de carbono do sistema de produção. Ao mesmo tempo, pode ser armazenado por períodos muito mais longos sem a necessidade de instalações de armazenamento especiais. Outra vantagem significativa para os agricultores é que este material de propagação (TPS) é limpo e livre de doenças.
Embora os híbridos de batata e a True Potato Seed sejam um grande trunfo para todos os produtores de batata em todo o mundo, terão um impacto positivo ainda maior em países de baixa e média renda (especialmente na África subsaariana), tornando o transporte e o armazenamento mais simples e seguros para períodos mais prolongados. No entanto, isso criará a necessidade de mudar a forma como os produtores de batata semeiam e tratam suas plantações. Na verdade, há toda uma série de opções para mudar para o TPS – elas incluem:
- Semeando a semente diretamente no campo,
- Pré-cultivo em viveiros de mudas seguido de plantio no campo e
- Cultivo de mudas no primeiro ano para produzir batatas de consumo distribuíveis. Provavelmente, o último será o sistema de escolha, pois não requer que o agricultor reequipe.
Este artigo foi criado com base na apresentação do Dr. Bachem no webinar online: Climate-Smart Agriculture.
Referências
Eggers EJ, van der Burgt A, van Heusden SAW, de Vries ME, Visser RGF, Bachem CWB, Lindhout P. Neofunctionalisation of the Sli gene leads to self-compatibility and facilitates precision breeding in potato. Nat Commun. 2021 Jul 6;12(1):4141. doi: 10.1038/s41467-021-24267-6. PMID: 34230471; PMCID: PMC8260583.
Hancock R, Morris W, Ducreux L, Morris J, Usman M, Verrall S, et al. Physiological, biochemical and molecular responses of the potato (Solanum tuberosum L.) plant to moderately elevated temperature. Plant Cell Environ 2014; 37(2):439-50
Nasir, M. W., & Toth, Z. (2022). Effect of drought stress on potato production: A review. Agronomy, 12(3), 635.
Pino, M.-T.; Skinner, J.S.; Park, E.-J.; Jeknić, Z.; Hayes, P.M.; Thomashow, M.F.; Chen, T.H. Use of a Stress Inducible Promoter to Drive Ectopic AtCBF Expression Improves Potato Freezing Tolerance While Minimizing Negative Effects on Tuber Yield. Plant Biotechnol. J. 2007, 5, 591–604
Ramírez Gonzales L, Shi L, Bergonzi SB, Oortwijn M, Franco-Zorrilla JM, Solano-Tavira R, Visser RGF, Abelenda JA, Bachem CWB. Potato CYCLING DOF FACTOR 1 and its lncRNA counterpart StFLORE link tuber development and drought response. Plant J. 2021 Feb;105(4):855-869. doi: 10.1111/tpj.15093. Epub 2021 Feb 11. PMID: 33220113; PMCID: PMC7985872.
Zhang, G., Tang, R., Niu, S. et al. Heat-stress-induced sprouting and differential gene expression in growing potato tubers: Comparative transcriptomics with that induced by postharvest sprouting. Hortic Res 8, 226 (2021). https://doi.org/10.1038/s41438-021-00680-2
https://www.solynta.com/about-solynta/
https://www.youtube.com/watch?v=k-Yp999m3SI&t=695s
https://www.nlfoodpartnership.com/documents/154/Conference_report_final_.pdf
FAO (2014) FAO statistical databases FAOSTAT. http://faostat3.fao.org
