Aula 1_CEN0167

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Conservação de mão dupla: 
Os desafios para a conservação da biodiversidade e diversidade
Prof. Tsai Siu Mui e Prof. Lucas William Mendes
tsai @ cena.usp.br, lwmendes@cena.usp.br
CENA
Av. Centenário – 303
13.416-000 Piracicaba - SP
28 de fevereiro de 2024
Biodiversidade e Conservação: Um Enfoque Molecular
Nasa descobre sistema solar com 7 planetas
parecidos com a Terra
Três desses planetas estão na zona habitável. A 
expectativa é que eles possam ter oceanos de 
água em forma líquida.
✔ A NASA anunciou nesta quarta-feira que
encontrou o primeiro sistema solar com sete
planetas de tamanho similar ao da Terra pela
primeira vez na história. O sistema foi
encontrado a cerca de 39 anos-luz de
distância–uma distância relativamente
pequena em termos cósmicos.
✔ Dos sete planetas, três estão dentro de uma
zona habitável, onde é possível ter água
líquida e, consequentemente, vida. Os astros
mais próximos do seu sol devem ser quentes
demais para ter água líquida e os mais
distantes devem ter oceanos congelados.
23 Fevereiro 2017 (Exame)
Kepler-90
Primeira vez: tantos exoplanetas ao 
redor de uma estrela distante
14 Dezembro 2017 (O Globo - Cesar Baima)
Cientistas anunciaram ontem a
descoberta do primeiro sistema estelar
com pelo menos tantos planetas quanto
o nosso
✔ Andrew Vanderburg, astrônomo da
Universidade do Texas
✔ Christopher Shallue, engenheiro de
software da divisão de inteligência
artificial do Google
E acrescentaram mais um — totalizando
oito como o Sistema Solar, este último
por redes neurais
Novo método de aprendizado de máquina com
base em redes neurais em dados coletados durante
quatro anos pelo telescópio espacial Kepler, da
Nasa, em sua missão original, entre 2009 e 2013.
Cientistas descobrem outro 'Sistema Solar', 
com mesmo número de planetas que o nosso
Exoplanetas
✔ A descoberta de exoplanetas, aqueles
que orbitam estrelas que não sejam o
Sol, está em ritmo bastante elevado.
✔ Até poucas décadas atrás, cientistas
imaginavam que estrelas deviam ter
planetas orbitando, mas não
contavam com ferramentas técnicas
apropriadas para a descoberta.
✔ Nos últimos 20 anos, com as
descobertas acontecendo sem parar,
cientistas já atingiram a marca de
3.400 exoplanetas catalogados.
Hoje sabemos que quase todas estrelas
têm planetas, e desta vez encontramos o
primeiro sistema com oito deles,
empatando com o nosso como o de
maior número de planetas conhecidos.
O Kepler-90i é uma amostra de como a
aplicação de novos métodos no enorme
arquivo de dados da missão Kepler pode
levar a grandes descobertas, e há muitas
mais a serem feitas.
✔ A China lançou do Centro de
Lançamento de Satélites
Xichang a primeira missão
Chang’-4 para pousar no
lado mais distante da Lua,
nunca vista da Terra
✔ Nunca uma sonda havia
alcançado aquela parte da
superfície da Lua por
dificuldades na comunicação
08 Dezembro 2018 (BBC)
E o Lado Escuro da Lua?
E o Lado Escuro da Lua?
✔ Em Maio de 2018, China lançou um satélite
denominado Queqiao ou Magpie Bridge.
✔ O satélite transmitiria sinais da sonda
espacial Chang´-4 do lado escuro da Lua
para os cientistas na Terra.
✔ O objetivo final da China National Space
Administration (CNSA) é criar uma base na
Lua para future exploração humana.
✔ Experimentos foram desenvolvidos para
testar se sementes de batata e Arabidopsis
germinariam e realizariam fotossíntese sob
ambiente climaticamente controlado e
selado, na superfície lunar de baixa
gravidade.
08 Dezembro 2018 (BBC)
MAS AS PLANTINHAS NÃO SOBREVIVERAM !!
EIS ALGUNS DOS DESAFIOS QUE O HOMEM TEM DE ENFRENTAR...
Coleta de 
Amostras
Modelo 1: 
Biomimicry
Modelo 2:
Tecnology
Votação:
14 setembro
Modelo 3:
Tendency 
in Society
❖ Ambientes Extremos e a Ciência do Solo
❖Novas metodologias estão disponíveis
❖A bioinformática e as redes neurais - um novo campo
integrador do conhecimento
❖Os desafios do nosso futuro está em nosso meio
❖A sustentabilidade do nosso Planeta
• Alguns Avanços na Ciência do Solo 
9
Brasil e a Expansão Agrícola
Biomas Brasileiros : Necessidade de Conservação
Amazônia 
Cerrado 
Pantanal
Mata Atlântica
ARMAZENAMENTO DE CARBONO
Scharlemann et al. (2014)
Archaea (DGGE) 
17,90 13,40 11,75 16,10
Floresta 1a Floresta 2a Agricultura Pastagem
A
M
P
L
IC
O
N
 R
IC
H
N
E
S
S
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARCHAEA
Land-use systems in Western Amazonia
D
Q
5
3
4
7
0
3
-S
O
DQ148640-SM
0.05
Reference Sequences
- Francis et al., 2005
- Park et al., 2006 
Method – Neighbor-Joining
Distance – Jukes-Cantor
Matrix PAM (Dayhoff)
Primary Forest
Traditional cropping system
Pasture
Secundary Forest
Navarrete et al. (2011)
Profundidade Solo e Fluxos de Metano
Floresta Pastagem (Argiloso) Pastagem (Arenoso)
Dasiel Obregon
Ph.D. 
Produtividade e Sustentabilidade Agrícola
❑ Melhoramento e produção vegetal sob novo enfoque
❑ Manejo agropecuária: biodiversidade e qualidade do solo
‘
CURVA DA PRODUÇÃO DE UMA CULTURA
Fertilidade do Solo (Insumos)
P
ro
d
u
ti
v
id
a
d
e
BENEFÍCIOS DA REVOLUÇÃO VERDE
Século 21
Século 20
Variedades 
melhoradas 
requerem alta 
fertilidade do 
solo
Elevada fertilidade
Genótipos tradicionais 
acamam
Baixa fertilidade
Não há ganhos em 
produtividade 
Fertilidade do Solo (Insumos)
P
ro
d
u
ti
v
id
a
d
e
19951980 1980 1990198519751965 2000 2005
ANO
5
4
2
1
0
Expansão da área agrícola,
fixação biológica de nitrogênio 
Conservação do Solo
Plantio Direto
Irrigação + Biotecnologia
Melhoramento 
Doenças e Pragas
3 Melhoramento
Cerrado e Trópicos
O exemplo da soja no Brasil
Balanço de fertilizantes, 
calagem, gesso
?
Questões Cruciais 
Produção e produtividade 
Conservação e sustentabilidade
Intensificação das práticas conservacionistas
Produtividade e Sustentabilidade Agropecuária
Melhoramento vegetal/animal sob novo enfoque
Manejo agrícola: biodiversidade e qualidade do solo
Qualidade do Solo 
Qualidade da Produção de Alimentos: 
Novos Desafios 
➢ Sistema radicular, área foliar e arquitetura
da planta
➢ Maximização do potencial biológico dos 
microrganismos – agricultura e pecuária
➢ Tolerância a fatores do solo 
(<P, >Al, <pH, >salinidade)
➢ Tolerância a fatores de estresses ambientais 
(temperatura, seca)
Novos parâmetros de seleção
➢ Melhoria da eficiência no uso de nutrientes e
nutrição balanceada na cultura – agricultura de
precisão
➢ Melhoria da eficiência da fermentação entérica
➢ Manejo integrado da agropecuária sustentável
– integração incluindo sistemas biológicos
➢ Aproveitamento de biomassas e resíduos
vegetais para reciclagem dos nutrientes
exportados e produção de energia renovável
Redução dos atuais impactos ambientais
Melhoramento do Sistema Radicular: Fixação Biológica de N2
Bradyrhizobium elkanii
suplementa nitrogênio ao solo
Soja nodulante e não nodulante: 
contribuição de 80 a 120 kg N ha-1
Glycine max L. (Merrill)
Novos Requerimentos em Melhoramento Genético de Plantas 
Tolerância a Estresses Ambientais e Eficiência no Uso de Nutrientes e Água
Cultivar convencional Genótipo tolerante a baixo P
Cinco linhagens para uso eficiente de fósforo e 10 a serem liberadas
Jonathan Lynch, Pensylvannia State University
ASSOCIAÇÕES BENÉFICAS: MICORRIZAS
Raiz Difusão Lenta de P
Zona de depleção de P
Hifa =Transporte
Rápido de P
a
b
c
d
e
f
Pesquisas desenvolvidas no CENA/USP
Melhoramento e Seleção do Hospedeiro para Fixação Biológica de N2
RAÍZES E 
BACTÉRIAS NA 
RIZOSFERA
BACTÉRIAS
ENDOFÍTICAS
MELHORAMENTO GENÉTICO: 
A BIOLOGIA MOLECULAR PODE ACELERAR A SELEÇÃO GENÉTICA
IAC Milenio
Resistante
IAC Alvorada
Suscetível
MESOCOSM
Controle
+
F. oxysporum 
SAMPLING
Solo
Rizosfera
Endosfera
SEQUENCIAMENTO
16S rRNA
Metagenoma
Endosfera
Mendes et al. (2017)
A Rede Neural dos Genes
REDE NEURAL
Investigando o perfil das co-
ocorrências microbianas
Barberán et al., 2011
NETWORK
• Pathogen infection increase network complexity in rhizosphere
• Infected fox-resistantcultivar presented the highest network complexity in rhizosphere
• Pathogen infection decreased endophytic network complexity in the fox-resistant cultivar
• Families that responded to infection: Flavobacteriaceae, Cytophagaceae, Pseudomonadaceae,
Comamonadaceae and Oxalobacteriaceae.
+ Fusarium oxysporum + Fusarium oxysporum
Rs = resistant • Sc = susceptible • e = endophytic • fox = pathogen infection 
Rizosfera Endosfera
Bioindicadores na 
Produção Sustentável 
de Cana de Açúcar 
33
sem 
palhada
c
o
m
 
p
a
lh
a
d
a
c
o
m
 
p
a
lh
a
d
a
c
o
m
 
p
a
lh
a
d
a
sem 
palhada
sem 
palhada
FOCUS 
SOFTWARE
Navarrete et al. 2015. PloS One 9;10(6):e0129765
Composição da Microbiota GeoChips
167,044 sondas distintas
Cobrindo 395,894 genes 
~1,500 gene famílias
Processos Funcionais (Geochips 5.0)
The Meta-Omics in Microbial Studies
Navarrete et al. 2015. PloS One 9;10(6):e0129765
Geochip 5.0 
Genes funcionais
Acidobacteria x 
Atributos Solo
Navarrete et al. 2015. PloS One 9;10(6):e0129765
Non-bold letters were used to identify samples from Serra Azul experimental 
field.
Bold letters were used to identify samples from Assis experimental field.
Carbon cycling (N=9)
Zinc homeostasis (N=5)
Nitrogen cycling (N=2)
Phosphorus cycling (N=2)
Secondary metabolism (N=4)
Stress(N=6)
Virulence (N=17)
0 5 10 20
Doses de ZnSO4 em cana de açúcar
Expressão para os genes de 
virulência
É atenuada 10-20 kg Zn/ha
Heatmap
Navarrete et al. (2017)
Nova recomendação para Zn em cana de açúcar
Potencial Genético
Em teoria, qual é o papel da microbiota?
A Rede Neural de Genes
The Neural Network 
Investigating the microbial 
co-occurrence profiling 
Barberán et al., 2011
Grupos
Microbianos
Perfil
Funcional
Parâmetros
Solo
Correlações
Redes Neurais
Navarrete et al. (2015) Molecular Ecology
Solo sob 
Floresta 
Navarrete et al. (2015) Molecular Ecology
Solo sob Floresta 
Desmatada 
Navarrete et al. (2015) Molecular Ecology
A. Solo sob 
Floresta 
B. Solo sob Floresta 
Desmatada 
Co-ocorrência entre comunidades microbianas e 
fatores químicos do solo
Ac.4
H+Al
B
Fe
Al
Acidobacteria sub-
grupo 4
Navarrete et al. (2013)
Ver.3
H
Navarrete et al. (2015)
Verrucomicrobia
sub-grupo 3
Umidade Solo
Co-ocorrência entre comunidades microbianas e umidade do solo
EFEITOS DE LONGO PRAZO NA BIODIVERSIDADE
Morriën, Hannula, Snoek, & EcoFinders Team; Nature Communications (2017)
Redes de correlação em 3 fases de abandono: 5, 15 e > 30 anos
ISTO É A NATUREZA
Sucessão Inicial Sucessão 
Tardia
NETWORK DA 
DIVERSIDADE
EFEITOS DE LONGO PRAZO NA BIODIVERSIDADE E SUA SUCESSÃO
Morriën, Hannula, Snoek, & EcoFinders Team; Nature Communications (2017)
?
Este é um desafio para enfoques baseados em saúde do solo na agricultura!
O SANTO GRAAL
Necessitamos de Visão de Futuro:
O MICROBIOMA DA RIZOSFERA
Hu et al. (2021) Proc. R. Soc. B 288:1396.
(c)
Hu et al. (2021) Proc. R. Soc. B 288:1396.
Wei et al. (2020)
Uatumã River (2006)
Balbina (2005, 2006)
TERRA PRETA DA AMAZÔNIA COMO MODELO DE SOLO SUPRESSIVO
Black Gold 
Terra Preta Nova 
(2006-2008)
Montenegro and Sítio Santa RitaHatahara and Rio Preto da Eva
(2009-2010)
60
O FUTURO 
DEPENDE DE NÓS 
TEMOS UM ÚNICO PLANETA
OBRIGAD0!
	Slide 1
	Slide 2: Nasa descobre sistema solar com 7 planetas parecidos com a Terra Três desses planetas estão na zona habitável. A expectativa é que eles possam ter oceanos de água em forma líquida.
	Slide 3: Kepler-90 Primeira vez: tantos exoplanetas ao redor de uma estrela distante
	Slide 4: Exoplanetas
	Slide 5: E o Lado Escuro da Lua?
	Slide 6: E o Lado Escuro da Lua?
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12: ARMAZENAMENTO DE CARBONO
	Slide 13: Archaea (DGGE) 
	Slide 14: ARCHAEA Land-use systems in Western Amazonia
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48
	Slide 49
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54
	Slide 55
	Slide 56
	Slide 57
	Slide 58
	Slide 59
	Slide 60
	Slide 61