Cientistas modificam geneticamente plantas de arroz para melhorar fotossíntese

A técnica aplica organismos distintos que aperfeiçoam o processo que produz energia para que a planta sobreviva - (crédito: Haley Ahlers/projeto RIPE)

Cientistas do instituto Innovative Genomics, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, nos Estados Unidos, modificaram geneticamente uma planta de arroz por meio da tecnologia CRISPR/Cas9, conseguindo, assim, alterar a fotossíntese. O trabalho, publicado na revista Science Advances, é o primeiro até o momento a desenvolver uma abordagem imparcial de edição genética para aumentar a expressão de genes e a atividade fotossintética.

Atualmente, métodos ineficientes de entrega de agroquímicos resultam em perdas significativas, poluindo o meio ambiente e contribuindo para as emissões de gases de efeito estufa. A aplicação de estratégias da nanomedicina na agricultura pode melhorar a eficiência e reduzir os impactos ambientais.

"Ferramentas como CRISPR/Cas9 estão acelerando a nossa capacidade de ajustar a expressão genética nas culturas, em vez de apenas eliminar genes ou desligá-los. Pesquisas anteriores mostraram que essa ferramenta pode ser usada para diminuir a expressão de genes envolvidos em compromissos importantes, como aqueles entre a arquitetura da planta e o tamanho do fruto", detalhou, em nota, Dhruv Patel-Tupper, principal autor do estudo e ex-pesquisador do laboratório.

Ao contrário de outras técnicas que usam material genético de diferentes organismos para melhorar a capacidade das plantas de fazer fotossíntese, o estudo da Universidade da Califórnia utilizou genes que todas as plantas já têm. Os cientistas usaram uma ferramenta chamada CRISPR/Cas9 para modificar o DNA próximo ao gene que controla como e quando outro gene é ativado.

Os pesquisadores descobriram ainda que as mudanças no DNA aumentaram muito a atividade dos genes, mais do que era esperado. Segundo eles, isso mostra como as plantas têm uma grande capacidade de se adaptar a alterações em seu material genético, devido à evolução ao longo de milhões de anos. A equipe usou essa capacidade para ajudar as plantas a crescer melhor e acreditam que a inovação deve ajudar os vegetais a se adaptar às crises climáticas.

No trabalho, os cientistas observaram que algumas mudanças no DNA aumentaram a atividade de um gene chamado PsbS. Eles também viram que, após uma grande mudança no DNA, apenas alguns outros genes foram afetados, o que é bom, pois significa que outras funções importantes das plantas não foram prejudicadas.

Embora os estudiosos tenham mostrado que essa técnica é possível, ainda é pouco efetiva. Apenas cerca de 1% das plantas modificadas saiu como esperado.

"Mostramos aqui uma prova de conceito de que podemos usar CRISPR/Cas9 para gerar variantes em genes-chave de culturas e obter os mesmos saltos que obteríamos nas abordagens tradicionais de melhoramento de plantas, mas em uma característica muito focada que queremos projetar em uma escala de tempo muito mais rápida", frisou Patel-Tupper.

Antonio Barreto, engenheiro agrônomo, mestre em ciências agrárias e presidente da Associação dos Engenheiros Agrônomos do Distrito Federal (AEADF), sublinhou que o tipo de modificação feita pelos pesquisadores aumentou a expressão de produtividade das plantas. "(Apesar dos gastos com a edição), isso vai implicar na redução de custos direto, tipo menos adubo maior produção de alimento menos defensivo agrícola", ponderou ele.

Conforme o especialista, seria possível que o produtor utilizasse menos água no cultivo do arroz e reduzisse o ciclo da planta, diminuindo o tempo de plantio e melhorando o paladar do grão.

"A produção e a resistência das plantas é o limiar da ciência. Vivemos esse contexto de produzir mais em menos áreas, além de que o mundo tem que buscar pela preservação do ambiente. Todo trabalho científico desse tipo é bastante interessante."

Para o líder do ensaio, a estratégia é mais difícil do que usar uma abordagem de plantas transgênicas, "mas ao mudar algo que já existe, poderemos ser capazes de evitar questões regulatórias que podem retardar a rapidez com que colocamos ferramentas como esta nas mãos dos agricultores".

O trabalho foi inspirado em uma pesquisa divulgada na Nature Communications, em 2018, que melhorou a eficiência do uso da água de uma cultura ao superexpressar um desses genes, o PsbS, nas plantas.

Segundo a Organização para a Alimentação e Agricultura, o arroz fornece pelo menos 20% das calorias mundiais e, como tem apenas uma cópia de cada um dos três principais genes de fotoproteção nas plantas, era um sistema modelo ideal para o estudo de edição genética.

Alta tecnologia

A nanotecnologia, que permite a liberação controlada de medicamentos em células específicas do corpo, é vista como uma solução promissora para enfrentar desafios na agricultura, conforme destacado em um novo artigo da revista Nature Nanotechnology, detalhado na quinta-feira. Cientistas das universidades da Califórnia Riverside da Carnegie Mellon, nos Estados Unidos, enfatizam a necessidade de aplicar essas tecnologias para atender à crescente demanda global por alimentos. Atualmente, métodos ineficientes de entrega de agroquímicos resultam em perdas significativas, poluindo o meio ambiente e contribuindo para as emissões de gases de efeito estufa. A aplicação de estratégias da nanomedicina na agricultura pode melhorar a eficiência e reduzir os impactos ambientais.