Pesquisa usa proteína humana no melhoramento de plantas

Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Geórgia desenvolveu uma nova forma de criar plantas com melhores traços. Ao introduzir uma proteína humana no modelo de planta na espécie Arabidopsis thaliana, os pesquisadores descobriram de que poderiam seletivamente ativar genes silenciados que já estão dentro da planta.

Usando este método seria possível aumentar a diversidade entre as populações das plantas que poderiam servir para criar variedades que podem resistir à seca ou doenças em cultivos. Os pesquisadores já começaram a testar a técnica em milho, soja e arroz, de acordo com o estudo publicado na revista Nature Communications.

O projeto de pesquisa foi liderado por Lexiang Ji, um estudante de doutorado em bioinformática, e William Jordan, um estudante de doutorado em genética. A nova técnica explorada, conhecida como epimutagênese, possibilitará a criação de diversas plantas que não são possíveis de criar com técnicas tradicionais.

“No passado se fazia com reprodução tradicional. Você toma uma planta, cruza com outra planta que tem outra característica que você quer criar para um novo vegetal”, diz Jordan. “O problema com isso é que você tem um indivíduo com todas as características que você quer e nenhuma das características que você não quer. É meio difícil. Com a nossa nova técnica, você pode modificar como os genes são ativados ou desativados na planta sem ter de introduzir todo um conjunto de gene de outro ancestral”.

A ideia para o método evoluiu originalmente de um trabalho em laboratório com departamento de genética do professor Robert Schmitz, o co-autor do estudo. No laboratório, os pesquisadores estiveram estudando a metilação do DNA, que controla traços expressados geneticamente e criando mapas onde a metilação de DNA está em muitas espécies de plantas, incluindo cultivos. Quando a metilação de DNA é removida, os pesquisadores encontraram que poderiam seletivamente ativar genes previamente silenciados no genoma subjacente da planta.

“Nós vimos repetitivamente que muitos genes são silenciados por metilação do DNA e pensamos que isso era curioso”, disse Schmitz. “Há muitas discussões que se podem fazer sobre porque estes existem, mas a realidade é que eles estão aí. Então, nos perguntamos como poderíamos potenciar eles? Vamos usar a planta que já está no campo e acordar de novo aqueles genes silenciados para gerar variação de traços”.

Para ativar esses genes dormentes, os pesquisadores introduziram uma enzima humana, conhecida como a enzima de translocação ‘dez-onze’, para plantar mudar usando bactérias especialmente modificadas como um vetor de entrega. Introduzindo essa proteína humana permite aos pesquisadores para remover metilação e assim ativar genes previamente silenciado.

Descobrir a melhor forma de introduzir a proteína para as espécies de plantas tem sido um processo de tentativa e erro. Com o conhecimento de Ji em bioinformática, os pesquisadores puderam olhar a um grande conjunto de dados sobre o experimento e tomar decisões sobre como melhor proceder com o projeto.

“Os dados realmente nos ajudaram a coordenar o que devemos fazer depois”, disse JI. “Isso foi particularmente importante no começo desse projeto porque simplesmente não sabíamos o que aconteceria com essa nova técnica”.

“Há milhares de ano você plantaria centenas de plantas e uma delas vai muito bem então você reproduziria gerações desta planta. Fazem isso, você estreita a diversidade genética até que elas são basicamente muito, muito similar”, disse Jordan. “Enquanto que foi benéfico para produtividade ou outra característica da planta que você gostaria, se há um estresse ao qual elas não se adaptarão porque serão tão similar que todas responderão da mesma forma. Isso potencialmente cria um cultivo vulnerável”.

“Se elas não têm diferenças genéticas para responder, então elas podem realmente varrer os cultivos”, acrescentou Schmitz. “Isso não é uma salvação, mas é uma estratégia alternativa que não foi testada antes. A ideia é acessar genes que as pessoas não estiveram estudando porque eles não estão expressados, mas que estão aí. Nós acreditamos que este método para reativar esses genes poderiam levar a uma maior variação de traços que poderia ser útil para aplicações biotecnológicas.”