Envirômica vai ajudar a desenvolver cultivares de feijão específicas para cada região

A pesquisa em melhoramento de plantas pode se beneficiar de um campo chamado envirômica. Essa área do conhecimento vem ganhando relevância nas últimas duas décadas por permitir o processamento de dados em larga escala e aprofundamento da análise sobre como o ambiente influencia as lavouras. Estudo da Embrapa Arroz e Feijão (GO) com aplicação da envirômica aponta novos caminhos para o progresso genético do feijão, levando em conta condições climáticas específicas de determinada região do Brasil e épocas de cultivo. O resultado desse tipo de pesquisa é o desenvolvimento de cultivares mais adaptadas aos locais onde a leguminosa é plantada no Brasil, o que pode facilitar a vida dos agricultores brasileiros. 

Em artigo publicado na revista científica Field Crops Research, os autores apontam faixas limite de tolerância das plantas de feijão a estresses, para cada região do Brasil e épocas de cultivo. Eles ainda sugerem situações específicas que podem direcionar testes de adaptação e a geração de cultivares mais adequadas ou até mesmo “personalizadas”. 

Na pesquisa, foi realizado um estudo com a cultura do feijão (grãos carioca e preto) considerando diferentes safras e a utilização da base de dados de registros históricos de campos de melhoramento da Embrapa e parceiros nas regiões Nordeste, Centro-Oeste, Sudeste e Sul, o que representa uma cobertura de 98% da área de produção da leguminosa no Brasil.

Ao todo, foram analisados 424 experimentos de campo, provenientes do programa de melhoramento do feijoeiro, entre 2011 e 2018, sendo 241 com o grão carioca e 183 com o grão preto, avaliando a produtividade das plantas sob o impacto de variáveis ambientais como temperatura e umidade do ar, radiação solar e precipitação pluvial. Essas informações climáticas foram coletadas na plataforma de dados coordenada pelo Instituto Nacional de Meteorologia (Inmet) e no banco de informações Nasa Power, da agência espacial norte-americana.

Um dos resultados desse trabalho indica, por exemplo, que na Região Centro-Oeste, para as três safras de cultivo (verão, seca e inverno), as variáveis climáticas com maior impacto na produtividade do feijão são a radiação solar e as temperaturas máximas e mínimas nas fases vegetativa e reprodutiva da lavoura. Comparativamente, na Região Sul, para as duas safras de cultivo (verão e seca, pois não há plantio no inverno) as variáveis climáticas de maior relevância são a precipitação pluvial acumulada e as temperaturas máximas e mínimas nas mesmas fases.

Pesquisa estima valores ótimos por região

Complementarmente, foram previstos os valores ótimos para essas variáveis climáticas que permitem o melhor desempenho da cultura e as faixas de estresse, por exemplo ao calor, que as plantas de feijão podem suportar em cada região sem que ocorra dano ao rendimento médio da lavoura. Isso abre espaço para que os melhoristas de feijão possam estimar o potencial produtivo da variabilidade genética do feijão em situações favoráveis ou em condições adversas.

O pesquisador da Embrapa Alexandre Bryan Heinemann é um dos autores desse estudo e comenta que esses resultados podem aprimorar o melhoramento da leguminosa ao customizar novos materiais às características regionais. “Uma decorrência desse trabalho é a possibilidade de os melhoristas desenvolverem ideótipos (cultivares) adaptados aos diferentes ambientes de produção do feijoeiro. Isso permitirá o desenvolvimento de cultivares que aproveitem ao máximo as condições climáticas locais. Assim, o material poderá expressar todo seu potencial genético em termos de produtividade”, detalha Heinemann.

O pesquisador aponta, ainda, outra contribuição do estudo realizado para o melhoramento de plantas. “A envirotipagem (a aplicação das ferramentas da envirômica) permite a criação do que podemos chamar de cultivares climaticamente inteligentes. Por exemplo, para a Região Centro-Oeste, no cultivo da safra da seca (entre janeiro e abril), a precipitação pluvial acumulada é um fator limitante, especialmente, na fase reprodutiva da lavoura. Além disso, a partir do fim de março, as temperaturas máximas e mínimas caem, o que alonga o ciclo da cultura. Em nosso trabalho, essas variações climáticas e sua caracterização, com o estabelecimento de faixas limite de adaptação para plantas, podem servir para embasar o teste e a seleção de genótipos com potencial para gerar uma cultivar focada em responder de forma satisfatória nessas condições”, complementa Heinemann.

O pesquisador considera a envirômica um campo promissor do conhecimento em pleno desenvolvimento e que pode contribuir, principalmente, para o aprimoramento das decisões que são tomadas pelos geneticistas em programas de melhoramento para a seleção de novas cultivares. 

Conforme relata o cientista, “trata-se de uma área de trabalho que possibilita o refinamento de dados para o lançamento de cultivares voltadas não apenas para macro-regiões, mas também para localidades específicas, ambientes-alvo determinados, principalmente, quando aliam-se dados espaciais e de geoprocessamento às análises climáticas”.

Big data tornou a envirômica possível

A maioria das características agronômicas que os geneticistas buscam nas plantas (tolerância ao déficit hídrico, resistência a doenças, maior produtividade) é advinda da interação de múltiplos genes. Essa interação é avaliada em laboratório com ferramentas da biotecnologia e por análises conduzidas pelo estudo dos fenótipos, da expressão dos genes das plantas decorrente dos ambientes de cultivo. 

A esse trabalho do melhoramento de plantas começou a ser agregada uma nova forma de análise. Com a evolução de ferramentas de monitoramento sensorial de ambientes e a geração de séries históricas de dados, ocorreu a formação de repositórios de grandes conjuntos de informação ambiental. Isso possibilitou emergir uma nova referência em pesquisa que é a envirômica (aportuguesamento da palavra inglesa enviromics) e que está se associando às bases tradicionais do estudo em melhoramento de plantas. 

A envirômica permite tratar de modo relacional e em sobreposição uma multiplicidade de informações estruturadas em big data, gerando novas análises sobre a adaptação de plantas aos ambientes de cultivo.