Novo gene pode gerar variedades de trigo de elite
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Imagem: John Innes Center
CIÊNCIA

Novo gene pode gerar variedades de trigo de elite

Mutação também pode introduzir resistência ao calor e a doenças
Por: -Eliza Maliszewski

Um gene que tem efeitos profundos na produção de sementes foi identificado por pesquisadores do John Innes Centerm, da Inglaterra. Técnicas de edição de genes ajudaram a identificar e explicar o gene chave, ZIP4, no trigo, que é responsável por manter 50% da produção dessa safra global.  A descoberta apresenta uma oportunidade nova e estimulante de criar variedades de trigo de elite de alto rendimento usando uma nova mutação do gene, ao mesmo tempo que permite a introdução de características criticamente importantes, como resiliência ao calor e resistência a doenças. 

No estudo, que aparece na Scientific Reports, o grupo de pesquisa do professor Graham Moore aproveitou os recentes desenvolvimentos na tecnologia de pesquisa do trigo para explicar os elementos genéticos que intrigam os cientistas há mais de 60 anos.  "Nosso estudo descreve a identificação de um gene, ZIP4 e seu fenótipo, responsável pela preservação de 50% dos grãos no trigo. Agora podemos ter como objetivo identificar variantes do gene com efeitos que dão resiliência à produção do trigo às mudanças climáticas ", disse o professor Moore. 

O desenvolvimento de trigo resiliente às mudanças climáticas ajudará a garantir uma safra da qual 2,5 bilhões de pessoas dependem. Muitas espécies de plantas, incluindo a maioria das plantas com flores, são poliplóides, o que significa que têm vários genomas. O genoma poliploide do trigo evoluiu como uma combinação de gramíneas selvagens que se fertilizaram de maneira cruzada, há cerca de 10.000 anos no Oriente Médio.  

Durante esse processo, conhecido como poliploidização, a fertilidade é preservada por meio de mecanismos que evoluíram para controlar o comportamento desses múltiplos genomas durante a meiose, a fase de reprodução sexuada dentro das células. 

Durante a poliploidização do trigo, o principal gene meiótico ZIP4 se duplicou do cromossomo 3 para o cromossomo 5B.  Estudos anteriores mostraram que o gene duplicado desempenha duas funções principais na estabilização do genoma do trigo durante a meiose: promoção do pareamento cromossômico fiel e supressão do cruzamento entre cromossomos relacionados .   

Por mais de 60 anos, a função de supressão foi considerada responsável pela estabilidade do genoma e rendimento de grãos e, conseqüentemente, decisões de melhoramento informadas. Os pesquisadores do grupo Moore usaram técnicas de edição do genoma CRISPR-Cas9 para criar uma planta mutante na qual o gene ZIP4 5B foi excluído, levando à perda de ambas as funções. Esta mutação rendeu 50% menos grãos, confirmando o papel crítico de ZIP4 5B na fertilidade do trigo. 

Em seguida, eles geraram uma nova planta mutante ZIP4 5B de 'separação de função' que havia perdido o fenótipo de supressão de cruzamento, mas ainda retinha a capacidade de promover o emparelhamento correto.  De forma empolgante, a 'promoção do emparelhamento correto' do fenótipo na separação da função do trigo mutante ZIP4 5B, manteve a estabilidade do cromossomo e a preservação do número de grãos.  Os resultados mostraram que, surpreendentemente, a perda do fenótipo de supressão de cruzamento não reduziu a fertilidade do trigo quando a outra função foi preservada.  

O professor Moore acrescenta que "até agora a importância desse segundo fenótipo para a preservação do número de grãos não estava clara. Nosso estudo mostrou que o novo mutante agora deve ser usado no melhoramento do trigo para manter a produtividade e, por não possuir a supressão função, para aumentar a chance de introgressão bem-sucedida de segmentos cromossômicos relativos selvagens desejáveis ??em trigo . " 

A meiose é uma função afetada pelo aumento da temperatura. Uma prioridade de pesquisa é buscar variações do gene ZIP4 que mantenham a estabilidade meiótica e a fertilidade sob diferentes regimes de temperatura.  

O primeiro autor do estudo, Dr. Azahara Martin, disse que "a duplicação do gene ZIP4 do cromossomo 3 no cromossomo 5B após a poliploidização provavelmente teve um impacto extraordinário na agricultura e na nutrição humana. A separação de mutantes de função descrita neste estudo levará para introgressões mais bem-sucedidas na reprodução. " 


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