Pesquisa revela regiões ideais do genoma do milho para criação de plantas transgênicas

Um estudo liderado por pesquisadores da Unidade Mista de Pesquisa em Genômica Aplicada a Mudanças Climáticas – UMiP GenClima/GCCRC apresenta um panorama inédito das tecnologias mais promissoras para inserir genes de forma precisa no genoma de plantas, especialmente no milho. A revisão, realizada em parceria com o Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) e a Embrapa Agricultura Digital, detalha como novas abordagens de engenharia genética podem tornar o processo mais rápido, preciso e efetivo. O estudo foi publicado na revista Frontiers in Plant Science.

O GCCRC é um centro de pesquisa aplicada sediado na Unicamp, apoiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pela Embrapa, focado no desenvolvimento de soluções genéticas e biotecnológicas para aumentar a tolerância de culturas agrícolas a estresses ambientais. Combinando a descoberta de genes, genômica, microbiologia, melhoramento e bioinformática, o centro busca desenvolver ferramentas mais eficientes e sustentáveis para a agricultura em um cenário de crise climática.

Uma das frentes de pesquisa do centro é desenvolver plantas de milho transgênicas ou editadas tolerantes à seca. Entretanto, a inserção de genes de interesse na planta ainda depende, majoritariamente, de processos incertos, ou seja, o gene introduzido de forma aleatória pode ocorrer em regiões não seguras ou instáveis do genoma, razão pela qual torna o processo tradicional de produção de plantas geneticamente modificadas lento, oneroso e impreciso.

Somado a isso, as normas de biossegurança exigem que, em uma linhagem de interesse comercial, o transgene esteja em cópia única, íntegra e em uma área segura e estável do genoma, o que é difícil quando tudo acontece ao acaso.

“A estratégia de integração randômica de transgenes gera mais de 90% dos eventos transgênicos com inserção em posições indesejadas e atividade instável, agravada ainda mais pela inserção de múltiplas cópias ou de cópias truncadas”, explica Marcos Basso, biotecnologista do GCCRC e autor do estudo. Dependendo do local, o gene pode ser expresso em excesso ou de menos, comprometendo sua função. Em certos casos, o próprio mecanismo molecular da planta pode silenciar o transgene.

“Portos seguros genômicos”

Para contornar essas limitações, o estudo revisa metodologias de inserção sítio-específica de transgenes e discute um conceito-chave: os “portos seguros genômicos” (do inglês, genomic safe harbors), que são regiões estáveis do genoma nas quais transgenes inseridos tendem a expressar seu máximo potencial, ser previsível e herdável ao longo das gerações.

“Ao colocar o transgene nestas regiões intergênicas seguras, o transgene  será expresso e transmitido para as próximas gerações”, afirma a pesquisadora Juliana Yassitepe, da Embrapa Agricultura Digital e uma das autoras do estudo.

Desta forma, é possível gerar menos plantas para selecionar uma linhagem de elite, reduzir o tempo e o custo de geração e aumentar a previsibilidade.

De acordo com outro estudo realizado pelo GCCRC, o desenvolvimento de uma linhagem comercial de milho transgênico pode levar entre 11 e 13 anos, com investimentos estimados entre US$ 50 milhões e US$ 136 milhões. “Já a geração de uma linha elite usando metodologias de inserção sítio-específica de transgenes prevê desenvolver em até 10% do tempo, custo e esforço”, explica Basso.

A revisão destaca iniciativas pioneiras da Corteva Agriscience, que já identificou quatro desses “portos seguros” no milho. Inspirada por esses resultados, a equipe do GCCRC aplicou um software originalmente desenvolvido para leveduras, adaptando-o ao genoma do milho. O grupo identificou novos candidatos a “portos seguros” por meio de análises bioinformáticas e agora inicia a etapa experimental.

No GCCRC, uma das primeiras aplicações, segundo Yassitepe, será a inserção de genes associados à tolerância à seca, uma das principais ameaças à produção agrícola sob mudanças climáticas.

“Ao entender melhor onde e como inserir transgenes com precisão, damos um passo importante para desenvolver linhas elites mais adaptadas e eficientes”, concluem os autores.

O estudo “Recent advances in site-specific transgene insertion into the maize genome using recombinases and genome editing endonucleases” pode ser lido clicando aqui.

Fonte: Embrapa