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Each year, crop diseases cause devastating losses in agricultural production, threatening food security and the livelihoods of millions of farmers. In the heart of Alentejo, an innovative project is harnessing the power of genomics to help combat these invisible threats. The AlViGen Project, with the participation of InnovPlantProtect researchers Rute Rego and João Bilro, is paving the way for a new era of crop surveillance and protection.

The Problem and the Solution

“Yellow rust in wheat and olive quick decline syndrome are real scourges for farmers,” explains Rute Rego, a researcher at AlViGen. “These diseases can decimate entire harvests, leading to severe economic losses and compromising food quality.”

But AlViGen is not limited to observing the problem. The team is using cutting-edge technology to detect and identify the strains of fungi that cause these diseases, long before the symptoms become visible.

“We use traps to collect spores circulating in the air,” Rute continues. “These traps allow us to monitor the presence of fungi in real-time, which gives us an important advantage in preventing infections.”

But the magic happens in the laboratory, where the team extracts the DNA from the spores and performs advanced genomic analyses, using powerful DNA sequencing technology based on the metabarcoding method, carried out with cutting-edge technology like the portable Nanopore sequencer.

Rute Rego, a researcher at InnovPlantProtect, analyzes samples of the fungus causing olive quick decline syndrome as part of the AlViGen project.

Unraveling the Genetic Code of Fungi

To better explain what metabarcoding is and its advantage in detecting the presence of species or strains of fungi that cause diseases in crops, the researcher gives the example of a bag full of different types of grains – rice, beans, corn – being analyzed by the reader. “Metabarcoding is like placing a unique label (a ‘barcode’) on each type of grain. Then, you can mix all the grains in a single sample, and by reading the labels, you can identify the quantity of each type of grain present.'”

In the case of AlViGen, this technique allows for the analysis of multiple fungal species simultaneously (in multiple samples), each with its own genetic ‘barcode,’ and to ‘identify exactly which fungi are present, even in small quantities,'” the researcher explains.

And what is the practical impact of this method for monitoring and predicting disease? The AlViGen project researcher can identify, with high precision, the moment when the pathogenic agent begins to appear in the field, which makes it possible to alert farmers in real-time about the risk of disease. Producers can adopt preventative measures and apply the necessary products to avoid infection, contributing to a rapid and effective response in disease prevention.

The Timeline of Fungal Evolution

AlViGen’s research is not limited to identifying the microorganisms harmful to crops; it also seeks to understand their evolution and diversity. João Bilro, another researcher on the project, is dedicated to studying the phylogeny of the Colletotrichum fungus, a microorganism responsible for causing olive anthracnose or blight, a disease that affects olive groves in Portugal. This disease mainly affects the olives, which compromises the quality of the olive oil.

“Phylogeny is crucial for understanding how the different strains of Colletotrichum are related and how they have evolved over time,” João explains. “Just as a family tree traces the history of a family, showing how members are related to each other, phylogenetic trees reveal the evolutionary relationships between the different strains of this fungus. Each branch of the tree represents an evolutionary lineage, and the nodes indicate common ancestors. By comparing the DNA sequences of these strains, we can reconstruct their evolutionary history, identifying which are genetically closer or more distant, and thus infer characteristics such as virulence or resistance to fungicides,” he reveals.

This knowledge allows researchers to identify patterns of dissemination and adaptation of the fungus, which is fundamental for developing more effective strategies to contain and/or reduce the damage this fungus causes to Portuguese olive groves.

“Um dos desafios da nossa investigação é a grande diversidade genética do Colletotrichum,” admite João. “No entanto, ao desvendar os seus segredos evolutivos, estamos a abrir caminho para o desenvolvimento de métodos de deteção e controlo mais precisos e direcionados.”

Left photo: João Bilro, a bioinformatician at InnovPlantProtect, studying the phylogeny of the Colletotrichum fungus within the scope of the AlViGen project; Right photo: Rute Rego and João Bilro discuss ideas about the AlViGen project.

The Future of Agriculture Starts Here

The AlViGen Project aims to have a significant impact on the agricultural landscape, especially in Alentejo, a region with a strong agricultural tradition. By providing farmers with early detection tools and precise information about the microorganisms that cause crop diseases, the project intends to aid in decision-making, allowing farmers to protect their crops and reduce production losses.

“Our ultimate goal is to empower farmers with the knowledge and tools they need to protect their crops sustainably,” states Rute. “We believe that genomic surveillance is a key tool for the future of crop protection.”

João Bilro agrees and adds, “Continuous research is fundamental to keep up with the evolution of harmful microorganisms and to develop new, consistently effective control strategies. In the future, we hope to expand the scope of AlViGen to include other microorganisms and crops, and to make genomic surveillance an accessible tool for all farmers.”

Science at the Service of Agriculture

The AlViGen Project, supported by the Promove Program of the “la Caixa” Foundation, in partnership with Banco BPI and the Foundation for Science and Technology (FCT), is an inspiring example of how science and technology can be applied to solve real-world problems and transform agriculture. By unraveling the genetic secrets of crop microorganisms, Rute Rego and João Bilro are paving the way for a safer, more sustainable, and resilient agriculture.

The fight against crop diseases continues, but with AlViGen, farmers can finally see the enemy before it becomes visible.

A cada ano, as doenças das culturas causam perdas devastadoras na produção agrícola, ameaçando a segurança alimentar e o sustento de milhões de agricultores. No coração do Alentejo, um projeto inovador está a usar o poder da genómica para ajudar a combater essas ameaças invisíveis. O Projeto AlViGen, que conta com a participação dos investigadores do InnovPlantProtect, Rute Rego e João Bilro, está a abrir caminho para uma nova era de vigilância e proteção das culturas.

O Problema e a Solução

“A ferrugem amarela no trigo e a gafa do olival são verdadeiros flagelos para os agricultores”, explica Rute Rego, investigadora do AlViGen. “Estas doenças podem dizimar colheitas inteiras, levando a perdas económicas severas e comprometendo a qualidade dos alimentos.”

Mas o AlViGen não se limita a observar o problema. A equipa está a usar tecnologia de ponta para detetar e identificar as estirpes dos fungos causadores destas doenças, muito antes de os sintomas se tornarem visíveis.

“Utilizamos armadilhas para recolher esporos que circulam no ar,” continua Rute. “Estas armadilhas permitem-nos monitorizar a presença dos fungos em tempo real, o que nos dá uma vantagem importante na prevenção de infeções.”

Mas a magia acontece no laboratório, onde a equipa extrai o DNA dos esporos e realiza análises genómicas avançadas, recorrendo a tecnologia poderosa de sequenciação de DNA, baseada no método de metabarcoding, realizada com tecnologia de ponta como o sequenciador portátil Nanopore.

Rute Rego, investigadora do InnovPlantProtect, analisa amostras do fungo causador da gafa, no âmbito do projeto AlViGen

Desvendar o Código Genético dos Fungos

Para explicar melhor o que é o metabarcoding e a sua vantagem para detetar a presença de espécies ou estirpes de fungos causadores de doenças nas culturas, a investigadora dá o exemplo de um saco cheio de diferentes tipos de grãos: arroz, feijão, milho que está a ser analisado pelo leitor. “O metabarcoding é como colocar uma etiqueta única (um ‘código de barras’) em cada tipo de grão. Depois, pode misturar todos os grãos numa única amostra e, ao ler as etiquetas, consegue identificar a quantidade de cada tipo de grão presente.”

No caso do AlViGen, esta técnica permite analisar mútiplas espécies de fungos ao mesmo tempo (em múltiplas amostras), cada uma com o seu ‘código de barras’ genético e “identificar exatamente quais os fungos presentes, mesmo em pequenas quantidades”, explica a investigadora.

E qual é o impacto prático deste método para monitorizar e prever a doença? A investigadora do projeto AlViGen consegue identificar, com alta precisão, o momento em que o agente patogénico começa a surgir no campo, o que possibilita alertar os agricultores em tempo real sobre o risco da doença. Os produtores podem adotar medidas preventivas e aplicar os produtos necessários para evitar a infeção, contribuindo para uma resposta rápida e eficaz na prevenção de doenças.

A Linha do Tempo da Evolução dos Fungos

A investigação do AlViGen não se limita a identificar os microrganismos prejudiciais às culturas; também procura compreender a sua evolução e diversidade. João Bilro, outro investigador do projeto, dedica-se ao estudo da filogenia do fungo Colletotrichum, um microrganismo responsável por causar a gafa ou antracnose, uma doença que afeta o olival em Portugal. Esta doença afeta sobretudo as azeitonas, o que compromete a qualidade do azeite.

“A filogenia é crucial para compreender como as diferentes estirpes de Colletotrichum estão relacionadas e como evoluíram ao longo do tempo,” explica João. “Assim como uma árvore genealógica traça a história de uma família, mostrando como os membros estão relacionados uns aos outros, as árvores filogenéticas revelam as relações evolutivas entre as diferentes estirpes deste fungo. Cada ramo da árvore representa uma linhagem evolutiva, e os nós indicam os ancestrais comuns. Ao comparar as sequências de DNA dessas estirpes, podemos reconstruir sua história evolutiva, identificando quais são mais próximas ou distantes geneticamente, e assim, inferir sobre características, como a virulência ou resistência a fungicidas”, revela.

Este conhecimento permite aos investigadores identificar padrões de disseminação e adaptação do fungo, o que é fundamental para desenvolver estratégias mais eficazes para conter e/ou reduzir os danos que este fungo causa aos olivais portugueses.

“Um dos desafios da nossa investigação é a grande diversidade genética do Colletotrichum,” admite João. “No entanto, ao desvendar os seus segredos evolutivos, estamos a abrir caminho para o desenvolvimento de métodos de deteção e controlo mais precisos e direcionados.”

Foto da esquerda: João Bilro, bioinformático do InnovPlantProtect, a estudar a filogenia do fungo Colletotrichum no âmbito do projeto AlViGen; Foto da direita: Rute Rego e João Bilro debatem ideias acerca do projeto AlViGen

O Futuro da Agricultura Começa Aqui

O Projeto AlViGen pretende ter um impacto significativo no panorama agrícola, especialmente no Alentejo, uma região com forte tradição agrícola. Ao fornecer aos agricultores ferramentas de deteção precoce e informação precisa sobre os microrganismos causadores de doenças nas culturas, o projeto pretende ajudar na tomada de decisões, permitindo aos agricultores proteger as suas culturas e reduzir as perdas de produção.

“O nosso objetivo final é capacitar os agricultores com o conhecimento e as ferramentas de que necessitam para proteger as suas culturas de forma sustentável,” afirma Rute. “Acreditamos que a vigilância genómica é uma ferramenta chave para o futuro da proteção das culturas.”

João Bilro concorda e acrescenta: “A investigação contínua é fundamental para acompanhar a evolução dos microrganismos prejudiciais e desenvolver novas estratégias de controlo sempre eficazes. No futuro, esperamos expandir o âmbito do AlViGen para incluir outros microrganismos e culturas, e tornar a vigilância genómica uma ferramenta acessível a todos os agricultores.”

A Ciência ao Serviço da Agricultura

O Projeto AlViGen, que conta com o apoio do Programa Promove da Fundação “la Caixa”, em parceria com o Banco BPI e a Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), é um exemplo inspirador de como a ciência e a tecnologia podem ser aplicadas para resolver problemas reais e transformar a agricultura. Ao desvendar os segredos genéticos dos microrganismos das culturas, Rute Rego e João Bilro estão a abrir caminho para uma agricultura mais segura, sustentável e resiliente.

O combate às doenças das culturas continua, mas com o AlViGen, os agricultores podem finalmente ver o inimigo antes deste se tornar visível.

No passado dia 13 de maio, a equipa do projeto AI4Leafhopper apresentou a nova aplicação iCountPests, uma solução inovadora que recorre à Inteligência Artificial (IA) para detetar e contar cigarrinhas-verdes em armadilhas cromotrópicas — de forma rápida, precisa e em tempo real.

Desenvolvida como uma aplicação móvel intuitiva, a iCountPests foi pensada para facilitar a monitorização de diversas pragas agrícolas. Com uma interface simples e acessível, permite ao utilizador registar a evolução das pragas nas suas culturas através da submissão de fotografias das armadilhas instaladas no campo.

A aplicação utiliza modelos avançados de visão computacional para a deteção automática e contagem de insetos, entregando resultados em cerca de um minuto — um processo muito mais rápido e prático face à contagem manual tradicional.

Na sua primeira versão, a app conta já com um modelo de deteção da cigarrinha-verde (Jacobiasca lybica), atingindo uma precisão média de aproximadamente 90%. Em breve, serão adicionadas funcionalidades para identificar outras pragas relevantes, como a traça-dos-cachos (Cryptoblabes gnidiella) e a traça-da-uva (Lobesia botrana).

Além da contagem automática, a iCountPests permite acompanhar a evolução das populações de pragas ao longo do tempo, facilitando a identificação de tendências e o planeamento de intervenções mais eficazes.

Este projeto resulta do trabalho conjunto de uma equipa multidisciplinar, que alia competências em ecologia, entomologia, inteligência artificial, visão computacional, deteção remota e desenvolvimento de software, com o objetivo de tornar a monitorização de pragas mais simples, precisa e acessível.

Durante a sessão de apresentação, foi possível ouvir as opiniões e sugestões dos futuros utilizadores da aplicação. Estes contributos são fundamentais para continuarmos a melhorar a ferramenta e assegurarmos que responde, de forma prática, às necessidades reais dos agricultores e técnicos do setor. Queremos desenvolver soluções que evoluam com a agricultura!

A inovação está no centro de tudo o que fazemos e o nosso lema é claro:
“Inovar juntos, proteger melhor.”

Se deseja saber mais sobre a iCountPests, contacte-nos através do email:
📩 apps@iplantprotect.pt

Créditos de imagens: InnovPlantProtect

EVENTOS

O Departamento de Formulações e Desenvolvimento de Processos para a Aplicação de Biopesticidas dedica-se à conceção e produção de sistemas de encapsulamento e transporte, adequados para proteger os nossos agentes biológicos da degradação que ocorre durante o armazenamento prolongado e durante a aplicação. Estes sistemas protetores e transportadores, que têm uma dimensão nanométrica e micrométrica, serão incorporados nas formulações sólidas e líquidas, num formato que se adapta à aplicação agrícola específica para a qual foram concebidos.

As formulações podem ser sólidas ou líquidas.

Depois de compreendermos as necessidades específicas de cada bioagente, ajustamos as características dos respetivos sistemas de transporte em conformidade e concentramo-nos, além disso, no desenvolvimento de processos de fabricação viáveis, potencialmente escaláveis para volumes industriais.

Serão desenvolvidas nanopartículas sólidas, nanoemulsões lipídicas e microcápsulas poliméricas, obtidas através da utilização de processos precisos e sofisticados, mas já adotados pela indústria. A inovação será procurada através do uso de ingredientes sustentáveis e combinações com sistemas anteriores, para uma adoção mais fácil pelo mercado do biocontrolo.

Imagem de Hans Reniers | Unsplash

“A atual legislação relativa aos OGM [organismos geneticamente modificados], adotada em 2001, não é adequada às novas técnicas genómicas (NTG)”, diz o tão esperado estudo publicado pela Comissão Europeia (CE), a pedido do Conselho da União Europeia (UE). O documento levou a CE a anunciar que vai dar “início a um processo de consulta amplo e aberto para debater a conceção de um novo quadro jurídico para estas biotecnologias”.

“O estudo mostra que as NTG, que são técnicas de alteração do genoma de um organismo, têm o potencial de contribuir para um sistema alimentar mais sustentável no âmbito dos objetivos do Pacto Ecológico Europeu e da Estratégia do Prado ao Prato“, afirma-se no comunicado da CE. “Tendo a segurança dos consumidores e do ambiente como princípio orientador, chegou o momento de estabelecer um diálogo aberto com os cidadãos, os Estados-Membros e o Parlamento Europeu, a fim de decidir em conjunto o caminho a seguir para a utilização destas biotecnologias na UE”, sublinha Stella Kyriakides, comissária responsável pela Saúde e Segurança dos Alimentos.

“As NTG têm o potencial de contribuir para um sistema alimentar mais sustentável.”

O relatório identifica limitações à capacidade de a legislação acompanhar os desenvolvimentos científicos, provocando desafios de implementação e incertezas ilegais, que têm de ser resolvidos. Reconhece que pode não ser justificável aplicar diferentes níveis de supervisão regulatória a produtos com graus de risco similares, como no caso das plantas melhoradas de forma convencional e as obtidas a partir de determinadas NTG.

“Futuras ações regulatórias terão de abordar as lacunas de conhecimento e limitações identificadas neste estudo”. Além disso, “deve ser efetuado um esforço maior para informar e envolver o público relativamente às NGT, e avaliar suas opiniões”, admite a CE..

Intitulado ‘Study on the status of new genomic techniques under Union law and in light of the Court of Justice ruling in Case C-528/16’, o estudo examina o estado atual das NTG, “tendo em conta o ‘estado da arte’ do conhecimento e das visões dos países e agentes interessados da UE”. O Conselho da UE solicitou este ponto de situação sobre as NTG ao abrigo das leis europeias (Diretiva 2001/18/CERegulamento (CE) 1829/2003Diretiva 2009/41/CE e Regulamento (CE) 1830/2003), à luz do acórdão do Tribunal de Justiça no processo C-528/16.

Imagem de Congerdesign | Pixabay

“The current GMO legislation, adopted in 2001, is not fit for purpose for New Genomic Techniques (NGTs)”, says the awaited study published by the European Commission (EC), at the request of the EU Council. The document prompted the EC to announce the start of a “wide and open consultation process to discuss the design of a new legal framework for these biotechnologies”.

“The study shows that NGTs, which are techniques to alter the genome of an organism, have the potential to contribute to a more sustainable food system as part of the objectives of the European Green Deal and the Farm to Fork Strategy”, states the EC in the related press release. “With the safety of consumers and the environment as the guiding principle, now is the moment to have an open dialogue with citizens, Member States and the European Parliament to jointly decide the way forward for the use of these biotechnologies in the EU”, emphasizes Stella Kyriakides, Commissioner for Health and Food Safety.

The study identifies limitations to the capacity of legislation to keep pace with scientific developments, causing implementation challenges and legal uncertainties, which need to be addressed. It recognizes it may not be justified to apply different levels of regulatory oversight to similar products with similar levels of risk, as is the case for plants conventionally bred and obtained from certain NGTs.

“Future policy action would need to address the knowledge gaps and limitations identified in this study”. Furthermore, “importantly, more effort should be made to inform and engage with the public on NGTs and assess their views”, admits the EC.

Entitled ‘Study on the status of new genomic techniques under Union law and in light of the Court of Justice ruling in Case C-528/16’, the report examines the status of NGTs “taking into account the state of the art knowledge and the views of the EU countries and stakeholders”. The Council of the European Union asked for this study, regarding the status of new genomic techniques under Union Law (Directive 2001/18/ECRegulation (EC) 1829/2003Directive 2009/41/EC and Regulation (EC) 1830/2003), in light of the Court of Justice’s judgment in Case C-528/16.

Image by Congerdesign, from Pixabay