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Genes Selvagens em Espécies Domésticas: Como Podemos Turbinar Nossas Colheitas Usando Seus Parentes Distantes

ĂŤndice
Instituto Internacional de Pesquisa de Cultivos para os Trópicos Semiáridos, Fornecido pelo autor

Rajeev Varshney, Murdoch University e Vanika Garg, Murdoch University

A segurança alimentar está se tornando um dos maiores desafios que enfrentamos globalmente. Em algumas regiões, o acesso à comida tem deteriorado constantemente nos últimos anos, devido a guerras, inflação e eventos climáticos extremos. O custo de alimentos básicos, como ovos e vegetais, tem sido notícia em todo o mundo.

A inflação dos preços dos alimentos está agora à frente da inflação geral em mais da metade das nações do mundo. A resposta óbvia é cultivar mais alimentos, especialmente os seis principais de alta densidade energética – arroz, trigo, milho, batatas, soja e cana-de-açúcar.

Infelizmente, está ficando mais difícil produzir alimentos devido a conflitos, eventos climáticos extremos, como secas repentinas e inundações, e um aumento de doenças e pragas em plantas.

Para que os agricultores continuem produzindo em um futuro incerto, precisamos de culturas melhores. Mas grande parte da pesquisa agrícola de ponta se concentra em melhorar aspectos específicos de uma planta – maior resistência à seca ou melhor tolerância ao sal no solo. Isso pode não ser suficiente para lidar com os choques futuros.

Nossa pesquisa sugere uma maneira de acelerar a criação de culturas mais fortes, aproveitando toda a força genética das espécies de culturas.

Culturas que NĂŁo Param

Os humanos modificaram muito as plantas que fornecem a maior parte de nossa comida, usando ferramentas como o cruzamento seletivo e a manipulação genética.

Mas muita pesquisa agrícola é feita isoladamente. Pesquisadores mergulham fundo para resolver problemas específicos – como tornar o trigo resistente a um fungo específico, por exemplo.

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Os desafios crescentes para a segurança alimentar em muitas frentes indicam a necessidade de uma nova abordagem. O clima em mudança lançará muitas ameaças diferentes às nossas culturas. Partes do mundo podem enfrentar secas repentinas, enquanto chuvas extremas inundam outras. Algumas pragas e doenças prosperarão em um mundo mais quente.

É por isso que estamos buscando outra abordagem – a pangenômica, que tenta capturar todos os genes aos quais uma espécie tem acesso.

Você pode pensar que uma espécie tem um conjunto unificado de genes, mas isso não é verdade. Sim, todas as plantas de arroz têm um conjunto de sequências genéticas compartilhadas. Mas plantas e variedades individuais também têm diferenças genéticas distintas. O pangenoma cobre todas essas diferenças.

A ideia de um pangenoma só surgiu em 2005, quando o microbiologista Hervé Tettelin e seus colaboradores estavam procurando uma vacina contra a bactéria estreptococo. Ao examinarem diferentes cepas, perceberam quanta informação genética adicional estava contida nelas.

Esse avanço mostrou o quanto se perde ao focar em um único isolado de uma espécie*. Antes dessa descoberta, presumia-se que um indivíduo de uma espécie carregava informações suficientes para representar com precisão o conteúdo genômico dessa espécie. Mas isso não está correto.

Essa percepção mudou a forma como vemos nossas culturas. Em vez de tentar aperfeiçoar uma única cultivar (variedade cultivada) usando apenas seu próprio pacote genético, o pangenoma oferece uma maneira de reinfundir vigor perdido a partir do conjunto genético mais amplo.

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Em 2019, levamos a abordagem do pangenoma mais adiante ao considerar o conjunto completo de genes de uma cultura, incluindo seus cultivares domésticos – e seus parentes selvagens. Muitos parentes selvagens de culturas domesticadas ainda existem. Essas plantas possuem enorme diversidade genética e frequentemente abrigam genes superiores ou variantes genéticas (alelos) perdidos para as plantas cultivadas através da domesticação e cruzamento.

Chamamos essa abordagem de “superpangenoma” para reconhecer a captura dos conjuntos genéticos domésticos e selvagens.

Como Isso Pode Ajudar a Reforçar o Abastecimento de Alimentos?

Por mais de 10.000 anos, os humanos domesticaram e cruzaram seletivamente culturas. Mas os parentes selvagens prosperaram durante o mesmo perĂ­odo.

Há boas razões para esses parentes selvagens não terem sido domesticados, desde o sabor desagradável até a dificuldade de armazenamento ou baixos rendimentos. Mas o que eles têm são características desejáveis em seu código genético que podemos identificar, isolar e reinfundir nas espécies domesticadas.

Depois de termos dados genéticos de uma espécie e seus parentes selvagens, podemos começar a procurar genes particularmente úteis. O que buscamos são aqueles responsáveis por se adaptar ou sobreviver a estresses ambientais que provavelmente piorarão no futuro, como seca, solos salinos e temperaturas extremas. Podemos identificar genes responsáveis por resistência a doenças e determinar por que certas variedades oferecem outras características desejáveis, como melhor sabor ou rendimentos mais altos.

Em todo o mundo, diversos projetos de pesquisa promissores usam essa abordagem, desde pesquisadores americanos utilizando os genes de uvas selvagens para aumentar a produtividade de uvas domesticadas até pesquisadores chineses realizando trabalhos semelhantes com tomates.

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Muda de trigo em solo seco e rachado
Como podemos tornar as culturas mais resistentes ao calor, Ă  seca e Ă s pragas? KPixMining/Shutterstock

Nós e nossos colegas estamos focados no humilde grão-de-bico, uma leguminosa altamente nutritiva de particular importância para os 1,4 bilhões de habitantes da Índia. Os grãos-de-bico, assim como outras culturas leguminosas, retiram nitrogênio do ar e o fixam no solo, melhorando a fertilidade e ajudando a compensar as emissões de óxido nitroso, um gás de efeito estufa menos conhecido.

No entanto, os grãos-de-bico carecem de diversidade genética devido a vários gargalos evolutivos, domesticação e cruzamento seletivo. Isso já está causando problemas, pois a baixa diversidade genética torna as espécies mais vulneráveis às pragas e doenças. Agricultores de grão-de-bico na Austrália Ocidental ainda se lembram do surto de um fungo que quase dizimou a produção no final da década de 1990 e deixou a cultura impopular – mesmo enquanto outros estados ampliaram as exportações.

A solução: olhar para os parentes selvagens. Nos genomas de parentes como Cicer echinospermum, encontramos vários genes promissores que ajudaram a resistir a esse fungo.

Esses genes podem agora ser incorporados às espécies domesticadas por meio de abordagens modernas – como o cruzamento assistido por genômica e a edição de genes – para desenvolver variedades de grão-de-bico resistentes a doenças e de alto rendimento.

Assim que buscarmos e capturarmos o estoque genético completo de nossas culturas mais importantes, tanto selvagens quanto domesticadas, será mais fácil e rápido aprimorar essas plantas essenciais e equipá-las com os genes necessários para sobreviver às incertezas do futuro.

Rajeev Varshney, Professor, Food Futures Institute, Murdoch University e Vanika Garg, Senior Lecturer em Inovação de Cultivos e Alimentos, Murdoch University

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Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

*Nota de Contexto:
No texto, “isolado” refere-se a uma amostra ou variedade especĂ­fica de uma espĂ©cie que foi separada para estudo. Ao focar apenas em um Ăşnico isolado, corre-se o risco de ignorar a diversidade genĂ©tica existente em outras amostras, o que pode limitar descobertas importantes para a agricultura e a ciĂŞncia.

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