Pesquisadores usam CRISPR no trigo

Pesquisadores da Universidade Estadual do Kansas dizem que um trabalho deles para melhora de genes em variedades de trigo usando uma tecnologia de edição de genes é mais um passo positivo em direção à segurança alimentar global. “A segurança alimentar e a oferta de comida são uma das principais questões do mundo no futuro”, disse Eduard Akhunov, professor genética e patologia. “Com o crescente aumento do tamanho da população e um declínio na quantidade de terras disponíveis para cultivos, nós realmente precisamos intensificar a agricultura de forma sustentável”.

Akhunov e seus colegas estão trabalhando com edição de genes, uma tecnologia desenvolvida nos últimos cinco anos que pode ser usada para modificar com alta precisão qualquer gene de um organismo vivo. O trabalho dos pesquisadores com trigo foi publicado na primeira edição da revista acadêmica CRIPR Journal, que foi lançado na metade de Fevereiro.

A tecnologia CRISPR-Cas9, introduzida em 2012, é uma simples e poderosa ferramenta para edição de genomas, um conjunto completo de material genético presente na célula. Akhunov afirmou que isso permite aos pesquisadores para facilmente mudar as sequências de DNA, criando novas variantes de um gene com propriedades melhoradas ou defeitos corrigidos em um gene.

“Você pode considerar o CRISPR-Cas9 como tesouras moleculares que podem fazer mudanças muito precisas em um lugar particular do genoma”, disse Akhunov. “Usando esta ferramenta, você pode seletivamente modificar qualquer parte de um genoma para melhorar os genes controlando os principais traços agronômicos”.

Este mesmo processo é feito em melhoramento de trigo tradicional, mas frequentemente leva de sete a 10 anos para efetivar os melhoramentos que tecnologia CRISPR pode dar em um período muito mais curto de tempo.

“O melhoramento tradicional envolve triagem de germoplasma existente para variação genética que é útil e depois introduzir isso em variedades de trigo para melhorar um traço”, disse Akhunov. “Esse processo pode consumir tempo e pode falhar se a variação genética específica não está presente no germoplasma rastreado”.

“A tecnologia CRISPR-Cas9 pode usar o conhecimento que já foi coletado sobre o gene da biologia para introduzir mudanças nas regiões funcionalmente importantes de um gene. Essas novas variantes de um gene podem trazer novos traços, ampliando o uso de variação genética que já existe transformando em coleções de germoplasma”.

Akhunov notou que os pesquisadores da Universidade do Kansas trabalharam com 25 genes controlando traços que têm o potencial de afetar o rendimento. Usando a tecnologia CRISPR-Cas9, eles tiveram a habilidade de melhorar cada um desses genes antes de testá-los e eventualmente avaliá-los em condições de campo.  

“Uma vez que identificamos genes que beneficiosamente afetam os traços relacionados com o rendimento no trigo, nós trabalharemos com melhoradores de trigo para transferir os avanços da edição de genes para cobrir as variedades usadas aqui no Kansas e outros programas de melhoramento nos Estados Unidos”, disse.

Para conseguir, os cientistas cruzarão a linha de trigo contendo a enzima CRISPR-cas9 com uma cultivar de trigo que não contém a enzima.  

“Na patogenia dessa cruza, nós selecionamos não somente essas plantas que não tem a enzima CRISPR-Cas9, mas tem a mudança no genoma que queríamos induzir”, disse Akhunov.

Então, ele acrescentou, que nada novo é acrescentando na nova variedade de trigo, somente um melhoramento no desempenho dos genes de trigo.

“O mesmo resultado pode acontecer devido a maturações naturais durante o tempo, mas agora estamos acelerando o processo, usando CRISPR-Cas9, que podem induzir mutações em um lugar específico do genoma”, disse Akhunov. “Hipoteticamente, se você esperar vários milhões de anos, ou rastrear milhares de linhas de trigo coletadas em todo o mundo, você provavelmente recuperará mutações no mesmo local no genoma que terão o mesmo efeito da função do gene. Mas usando a mesma tecnologia CRISPR-Cas9, você pode conseguir uma linha de trigo única dentro de um ano”.

Especificamente para o trigo, os cientistas da Universidade do Kansas estão trabalhando para melhorar os genes que controlam vários traços componentes do rendimento, entre eles o tamanho da semente, quantidade de sementes por espigão e o número de cultivadores por planta.

“Nós sistematicamente vamos gene por gene, modificando eles usando o sistema CRISPR-Cas9 e depois testamos para ver quais mudanças no genoma do trigo resultam em produtividade maior”, disse Akhunov.

O trabalho é liderado por Akhunov e financiado pela Iniciativa de Pesquisa em Alimentos, um torneio do Instituto Nacional de Alimentos do Departamento da Agricultura dos Estados Unidos (USDA). O projeto é parte da Parceria Internacional pela Produtividade no Trigo que buscam aumentar o potencial genético do trigo usando abordagens inovadoras.