A população mundial segue em constante crescimento com projeção de que em 2050 superemos os 9 bilhões. As estimativas apontam para uma necessidade de produção de 60% a mais de alimentos e 37% a mais de energia, considerando o atual estágio de produção, produtividade, processos e produtos para alimentação e geração de energia. Atender às demandas de alimentos para a crescente população humana global requer a melhoria da produtividade das culturas, e grandes ganhos são possíveis através do aumento da eficiência fotossintética. 

Observe o esquema com os principais pontos da fotossíntese
Esquema com os principais pontos da fotossíntese

A fotossíntese nas plantas C3 é sempre acompanhada pela fotorrespiração, um processo que consome O2 e libera CO2 em presença de luz. A fotorrespiração, que consome ATP e O2 e gera CO2, é um processo dispendioso para a planta. Em face de ser muito ativa nas plantas C3, a fotorrespiração, que reduz a fotossíntese, limita seriamente a eficiência fotossintética da cultura em 20 a 50%. 


O que é Fotorrespiração: A fotorrespiração é um processo biológico que reduz a eficiência da fotossíntese nas plantas C3 durante períodos quentes do verão e consome oxigénio (O2) e produz dióxido de carbono (CO2) através da degradação de compostos intermediários do ciclo de Calvin.


Corrigindo as ineficiências fotossintéticas: 

Em algumas de nossas culturas mais úteis como arroz, soja e trigo, a fotossíntese produz subprodutos tóxicos que reduzem sua eficiência, como mencionado anteriormente. Neste estudo os pesquisadores Paul South, Amanda CavanaghHelen Liu e Donald Ort da Universidade de Illinois e do Departamento de Agricultura dos EUA construíram uma via metabólica em plantas transgênicas de tabaco que recaptura de forma mais eficiente os subprodutos improdutivos da fotossíntese com menos energia perdida e em ensaios de campo, essas plantas de tabaco transgênico foram 40% mais produtivas.


Segundo pesquisas desenvolvidas nos EUA, as colheitas de trigo e 36 são perdidos devido a esta ineficiência da fotossíntese.


No experimento para determinar se as vias fotorrespiratórias alternativas poderiam efetivamente melhorar a produtividade das culturas de campo C3 , os pesquisadores testaram o desempenho de três vias fotorrespiratórias alternativas em tabaco:

  • Uma via utilizou cinco genes da via de oxidação do glicolato de Escherichia coli ;
  •  uma segunda via usava glicolato oxidase e malato sintase de plantas e catalase de E. coli; e
  • a terceira via usava a malato sintase da planta e uma glicolato desidrogenase de algas verdes. 

Para o experimento a interferência de RNA (RNAi) também foi usada para regular negativamente um transportador de glicolato de cloroplasto nativo na via fotorrespiratória, limitando assim o fluxo de metabólitos através da via nativa. As três vias foram introduzidas com e sem o transportador RNAios pesquisadores utilizaram a interferência de RNA (RNAi) e o tabaco foi utilizado por ser considerado um modelo “ideal” porque é facilmente modificado, tem um ciclo curto, produz grandes quantidades de sementes, e desenvolve um dossel robusto semelhante ao de outros culturas de campo, sendo do mesmo mecanismo fotossintético das principais culturas agrícolas (arroz, trigo e soja).

Resultados: a via 1 aumentou a biomassa em quase 13%. A via 2 não apresentou benefício comparado ao tipo selvagem e a introdução da via 3 aumentou a biomassa em 18% sem RNAi e 24% com RNAi.

Nos testes de campo, em duas diferentes safras, mostraram mais de 25% de aumento na biomassa das plantas da via 3  (que utilizava  a malato sintase da planta e uma glicolato desidrogenase de algas verdes) em comparação com o tabaco sem modificação e com a produtividade da via utilizando RNAi aumentada em mais de 40%. Além disso, esse caminho aumentou em 17% a eficiência do uso de luz da fotossíntese no campo.


Nem todas as espécies agrícolas apresentam esta dificuldade, pois as vias metabólicas  e CAM são duas adaptações – características benéficas resultantes da seleção natural – que permitem a certas espécies (como o Milho, por exemplo) minimizar a fotorrespiração. Estas vias trabalham assegurando que a rubisco sempre encontre altas concentrações de , tornando bastante improvável a ligação com o .


Os pesquisadores estão otimistas que ganhos semelhantes podem ser alcançados e traduzido num aumento de rendimento em outras culturas, que produzem alimentos, com mecanismo C3 (como arroz, trigo, tomate, batata, feijão e soja) devido ao processo ser comum a todas.

O trabalho foi publicado na revista Science, edição de janeiro de 2019 e pode ser acessado na sua versão original clicando aqui.

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