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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 InnovPlantProtect (InPP) celebrou durante a 38ª Ovibeja dois protocolos de parceria, com o Centro Operativo e de Tecnologia de Regadio (COTR) e com a Portugal Nuts – Associação Promoção Frutos Secos.

No âmbito da parceria com o COTR, o InPP propõe-se desenvolver, em conjunto com o centro de competências para o regadio nacional e seus associados, estratégias para solucionar os desafios colocados à produção agrícola pelas pragas e doenças, bem como fornecer serviços aos sócios membros da organização. O COTR, por sua vez, dispõe-se a prestar apoio no levantamento dos principais desafios com que os associados se debatem em termos de pragas e doenças, e dar-lhes a conhecer o InPP e respetivas valências.

O protocolo com a Portugal Nuts visa a colaboração em projetos na temática dos desafios colocados aos frutos secos, incluindo o desenvolvimento de novos produtos sustentáveis e serviços analíticos e digitais para a proteção de culturas contra pragas e doenças, em particular para as culturas de frutos secos. A Portugal Nuts, por seu lado, propõe-se colocar os seus associados em contacto com o InPP, apresentar-lhes os serviços fornecidos pelo CoLAB e apoiar o InPP na identificação de produtores que reúnam condições para a realização de projetos piloto e ensaios de campo.

(Atualizado)

O laboratório colaborativo (CoLAB) InnovPlantProtect (InPP) esteve presente na Ovibeja 2022, no stand 64 do Pavilhão Institucional, no Parque de Feiras e Exposições Manuel de Castro e Brito, em Beja, entre os dias 21 e 25 de abril de 2022.

No stand, foi possível conhecer melhor a atividade do InPP no âmbito do desenvolvimento de soluções bioinspiradas para a proteção de culturas contra pragas e doenças, incluindo serviços e produtos concretos que o CoLAB já está preparado para oferecer às diferentes fileiras.

Parte da equipa de 33 investigadores esteve no local ao longo dos cinco dias da feira, para demonstrar ao visitante as várias valências do InPP.

O Departamento de Novos Biopesticidas, por exemplo, mostou agentes de controlo biológico (BCA, na sigla inglesa) – fungos e bactérias em placas de Petri -, bem como plantas de arroz saudáveis e infetadas com o fungo Magnaporthe oryzae, causador da piriculariose do arroz, e alguns BCA que inibem o M. oryzae. O Departamento de Formulações e Desenvolvimento de Processos levou amostras exemplificativas de encapsulamento de agentes ativos de biocontrolo (pré e após processamento), permitindo aos visitantes produzirem “bolinhas” de alginato (pequenas cápsulas) com as suas próprias mãos.

Os investigadores do Departamento de Gestão de Dados e Análise de Risco falaram sobre análise de microbioma e desenvolvimento de modelos de risco, e demonstraram o dashboard de uma calculadora meteorológica desenvolvida no InPP. Em matéria de Proteção de Culturas Específicas, foi possível conhecer melhor os serviços laboratoriais que oferecemos, nomeadamente de identificação e diagnóstico molecular, bem como perceber como funcionam os testes de biocontrolo in vitro, e acompanhar o trabalho efetuado referente à doença do trigo ferrugem amarela, entre muitos outros.

O Departamento de Monitorização e Diagnóstico de Pragas e Doenças expôs os projetos “A palavra aos castanheiros: educar para os conhecer, proteger e monitorizar através da tecnologia IoT” e “A cigarrinha-verde, uma praga nas vinhas do Sul de Portugal: métodos de diagnóstico e ferramentas de monitorização“. Em destaque estiveram também os sistemas de suporte à decisão baseados em SIG, bases de dados espaciais e aplicações Web/ móveis.

Vídeos, fotos e apresentações estiveram sempre disponíveis num monitor, para que o visitante pudesse “entrar” virtualmente na nossa casa, laboratórios, trabalho de campo, eventos e outras iniciativas, além de conversar com a equipa presente para o receber.

COLÓQUIOS 38ª OVIBEJA

No sábado, 23 de abril, às 15h, o InPP organizou no Auditório ACOS um colóquio subordinado ao tema “Proteger as culturas para alimentar o mundo: dos micro-organismos do solo às técnicas de monitorização das pragas e doenças”.

Nesta conferência participaram o diretor executivo do InPP, Pedro Fevereiro, que apresentou o CoLAB, iLaria Marengo, diretora do departamento de Monitorização e Diagnóstico, que falou sobre deteção remota aplicada à proteção das culturas, e Ricardo Ramiro, diretor do departamento de Gestão de Dados e Análise de Risco, que abordou o tema do microbioma do solo.

Pedro Fevereiro participou também no seminário que a ACOS – Associação de Agricultores do Sul organizou no dia 23 às 10h30, intitulado “Como alimentar o planeta?”, o tema da Ovibeja 2022, no Auditório ACOS, e no colóquio “A agenda verde europeia. Sustentabilidade da agricultura e soberania alimentar”, que se realizou na sexta-feira, 22 de abril, às 16h, no Auditório da Expobeja.

OUTRAS ATIVIDADES

Consultório das Plantas” foi o nome da atividade destinada aos mais novos que o InPP realizou no sábado, dia 23, por volta das 16h, no âmbito da programação do Centro de Biotecnologia Agricola e Agro-Alimentar do Alentejo (CEBAL) na 38ª Ovibeja.

Para demonstrar a importância de tratarmos as plantas doentes com soluções ambientalmente sustentáveis, a investigadora do InPP Tânia Pinto levou amostras de oliveira infetadas com olho de pavão, uma doença causada pelo fungo Spilocaea oleaginea, e placas de Petri com fungos, para explicar a importância de analisar o agente patogénico, na busca de uma solução.

A “Dra. Tânia” pulverizou a amostra doente com um “biomedicamento” em spray e mostrou exemplos de oliveira saudável, para que os jovens visitantes pudessem ver a diferença.

No domingo ao final da manhã, o diretor executivo do InPP, Pedro Fevereiro, estará com o CEBAL para uma conversa informal com os visitantes.

PROTOCOLOS DE PARCERIA

O InPP celebrou na Ovibeja dois protocolos de parceria, com o COTR – Centro Operativo e de Tecnologia de Regadio e com a Portugal Nuts – Associação Promoção Frutos Secos, com vista à colaboração no desenvolvimento de soluções para proteger as culturas contra pragas e doenças. Saiba mais.

Três turmas da Escola Básica de Alcáçova plantaram hoje perto de duas dezenas de árvores junto ao Aqueduto da Amoreira, em Elvas, numa iniciativa que juntou a escola, a equipa de sustentabilidade do InnovPlantProtect, o Município elvense e a Bolschare.

Foi com mãos e pés pequeninos, mas muita genica e vontade, que cerca de 50 alunos dos 2.º, 3.º e 4.º anos de escolaridade da Escola Básica de Alcáçova, em Elvas, pegaram em pás, sachos, regadores, baldes e 19 amendoeiras com um metro de altura, para as plantarem na zona envolvente dos chamados “arcos da Amoreira”, no Rossio de São Francisco, junto ao histórico aqueduto elvense.

Contaram com a ajuda das professoras, dos técnicos da SOF Jardins e das investigadoras da equipa de sustentabilidade do InnovPlantProtect (InPP), InPP Greeners, que lançou esta ação, Cláudia Almeida Silva, Cátia Patrício, Cristina Azevedo e Joana Castro. E da meteorologia: depois de inicialmente prevista para assinalar o Dia Mundial da Árvore 2022, a 21 de março, a atividade foi realizada na tarde de hoje, 6 de abril, com o sol a brilhar.

O espaço onde decorreu a plantação pertence à Câmara Municipal de Elvas (CME) e as amendoeiras foram doadas pela Bolschare. Com esta ação, os InPP Greeners procuraram sensibilizar os alunos do ensino básico para a importância das árvores para a vida. As amendoeiras foram escolhidas porque não só fazem parte do trabalho que está a ser desenvolvido pelo InPP, como são de grande interesse económico para a região e são árvores paisagisticamente muito bonitas.

A CME abraçou de imediato esta iniciativa “por razões óbvias”, diz o vereador Hermenegildo Rodrigues, que esteve hoje no terreno a acompanhar as atividades. “Enquanto responsáveis, temos de valorizar as mudanças de hábitos e de atitudes no que toca à pegada ecológica e, acima de tudo, envolver aqueles que serão os futuros decisores”, sublinhou o vereador.

Simão, de 7 anos, foi um dos que experimentou comer uma amêndoa – já existem amendoeiras adultas naquele espaço; surpreendeu-se quando a diretora de departamento do InPP e membro dos Greeners Cristina Azevedo apresentou às crianças o epicarpo da drupa, com a sua característica cor verde. Para Simão, “se não houvesse árvores, o mundo não tinha árvores”, que, além disso, também são muito importantes “porque nos dão maçãs e peras”.

Esta foi “uma iniciativa muito rica, porque os alunos precisam deste tipo de atividade, que os envolva, que os associe com a cidade e que lhes proporcione o ‘poder fazer’”, observou Ana Teresa Babinha, professora do 2º AA. “E houve oportunidade para todos fazerem, para experimentarem plantar”, frisou a professora, que louvou a ação por levar as crianças a colocarem efetivamente “as mãos na massa”.

Ana Teresa Babinha destacou também o facto de os alunos ficarem agora com a responsabilidade de cuidar destas amendoeiras, num sistema ainda a definir pela Escola. Além disso, é uma atividade “que vai ganhar vida dentro da sala de aula”, porque constitui uma oportunidade para abordar de novas formas o tema da importância das árvores em contexto de aprendizagem formal.

Os InPP Greeners são a equipa de sustentabilidade do InnovPlantProtect (InPP), criada no final de 2021 para partilhar conhecimento e boas práticas que conduzam à criação de laboratórios e instituições mais sustentáveis, além da promoção da adoção de comportamentos mais sustentáveis por todos os cidadãos. Siga-os no Twitter em @InPPGreeners ou contacte-os por email para inpp.greeners@iplantprotect.pt.