Pesquisa identifica genes potencialmente responsáveis por resistência da cana a pragas, frio ou seca

Pesquisa realizada na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), identificou “genes órfãos” – exclusivos de um determinado grupo de organismos – em uma espécie de cana, a Saccharum spontaneum, conhecida por sua tolerância aos estresses bióticos, como ataque de pragas e doenças causadas por insetos, nematoides, fungos e bactérias, e abióticos, como tolerância ao frio, déficit hídrico, alta salinidade e deficiência nutricional do solo.

O artigo, publicado na Frontiers in Plant Science em 30 de junho, partiu do pressuposto de que alguns desses genes nesta espécie poderiam ter papel significativo diante de estresses.

Todo ser vivo tem genes muito parecidos com os presentes em genomas de outros organismos. As plantas, por exemplo, compartilham semelhanças em genes envolvidos no processo de fotossíntese. Por outro lado, um organismo também possui genes que não são parecidos com os encontrados em outras espécies. É o caso das aves, que têm alguns genes sem nível de similaridade com qualquer outro encontrado no genoma de mamíferos. Pesquisas recentes têm evidenciado que até mesmo organismos de espécies muito próximas (do mesmo gênero) podem ter genes que não são compartilhados.

A cana-de-açúcar despertou interesse do grupo por conta de algumas características peculiares. Uma delas seriam os eventos de duplicação do genoma que ocorreram no passado e que resultaram em várias cópias do mesmo gene. Há evidências científicas de que os genes órfãos podem surgir a partir da cópia de um gene préexistente. A cópia, ao longo do tempo, tem sua sequência modificada em decorrência de mutações ao ponto de não ter quase nenhuma semelhança com o gene que a originou.

Também seria possível que os genes órfãos, também chamados de taxonomicamente restritos (taxonomically restricted genes), tenham surgido a partir da reorganização de regiões do genoma que não codificam genes, um fenômeno muito comum em organismos com genomas complexos, como é o caso da cana-de-açúcar.

“No artigo, identificamos genes no genoma da cana-de-açúcar que não têm similaridade com nenhum encontrado em outros organismos. Acreditamos que possam ser responsáveis por características ou padrões fisiológicos específicos da espécie”, diz Cláudio Benício Cardoso-Silva, que desenvolveu o projeto durante seu pós-doutorado no Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) da Unicamp, apoiado pela FAPESP.

“Um fato relevante verificado é que alguns aumentaram ou diminuíram seus níveis de expressão em plantas de cana em resposta a diversos tipos de estresses abióticos, principalmente frio”, explica Cardoso-Silva. “Pode ser um indicativo de que estão sendo regulados em decorrência desses estresses”, complementa o cientista, que, em seu trabalho, foi orientado por Anete Pereira de Souza, professora titular do Departamento de Biologia Vegetal do Instituto de Biologia da Unicamp.

Com os resultados relatados no artigo ainda não é possível afirmar que os genes órfãos identificados tornam a planta mais tolerante a estresses. “Mas o fato de estarem sendo regulados em condições de estresse acende um alerta para a possibilidade de terem um papel importante nesses processos”, diz o pesquisador.

O próximo passo será verificar como estes genes se comportam em termos de expressão em experimentos com plantas submetidas a vários estresses e compará-los aos de plantas não submetidas a estresses. Com a confirmação dos melhores genes candidatos, abre-se a possibilidade de aplicação biotecnológica, com sua inserção em plantas de interesse comercial. Isso possibilitaria, no futuro, o desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar mais tolerantes a diversos tipos de pressões ambientais.

“Colocamos um holofote nessa possibilidade para quem quiser retomar os dados do artigo e dar continuidade à pesquisa, ou que trabalhe com transformação ou edição gênica, que é uma outra área de pesquisa, escolher um ou dois genes como candidatos e realizar as validações”, diz Cardoso-Silva, que continua trabalhando com genômica na Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF). “Minha pesquisa atual foca um contexto evolutivo, o estudo da expansão de famílias gênicas.”

O pesquisador passou um ano na University of British Columbia, em Vancouver, Canadá, com uma bolsa da FAPESP. “Hoje temos CRISPR [técnica para a edição genética], e esse trabalho oferece para quem trabalha com biotecnologia a seleção de genes específicos para tolerância a déficit hídrico, alta salinidade, frio ou calor excessivo em um momento em que se busca maior resiliência das plantas cultivadas, com menos insumos”, comenta Souza.

O artigo Taxonomically Restricted Genes Are Associated With Responses to Biotic and Abiotic Stresses in Sugarcane (Saccharum spp.) pode ser lido em https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.923069/full.