Pesquisadores do Laboratório Cold Spring Harbor identificaram diferenças importantes na regulação genética entre plantas de tomate e Arabidopsis thaliana, o que poderia explicar os desafios na engenharia agrícola. Esta descoberta, que revela como as mutações afectam o crescimento e o desenvolvimento das plantas, destaca a importância de compreender a regulação genética para aumentar a previsibilidade e a eficiência na agricultura. Crédito: SciTechDaily.com
A genômica vegetal já percorreu um longo caminho desde que o Laboratório Cold Spring Harbor (CSHL) ajudou a sequenciar o primeiro genoma da planta. Mas conceber a colheita perfeita ainda é, em muitos aspectos, um jogo de azar. Fazendo o mesmo ADN a mutação em duas plantas diferentes nem sempre nos dá as características de cultivo que desejamos. A questão é por que não? Os biólogos vegetais da CSHL acabaram de descobrir uma razão.
O professor da CSHL e investigador do HHMI Zachary Lippman e sua equipe descobriram que tomate e Arabidopsis thaliana as plantas podem usar sistemas regulatórios muito diferentes para controlar exatamente o mesmo gene. Incrivelmente, eles associaram este comportamento a transformações genéticas extremas que ocorreram ao longo de 125 milhões de anos de evolução.
Mutações no gene CLV3 podem aumentar drasticamente o tamanho dos frutos, como visto nos tomates (linha superior) e Arabidopsis thaliana (linha inferior). Crédito: Laboratório Lippman/Laboratório Cold Spring Harbor
Os cientistas usaram a edição do genoma para criar mais de 70 cepas mutantes de tomate e Arabidopsis thaliana plantas. Cada mutação excluiu um pedaço de DNA regulador em torno de um gene conhecido como CLV3. Eles então analisaram o efeito que cada mutação teve no crescimento e desenvolvimento das plantas. Quando o DNA mantém CLV3 em cheque sofreu muita mutação, o crescimento dos frutos explodiu.
O papel e o impacto do gene CLV3
Danielle Ciren, recém-formada na Escola de Ciências Biológicas da CSHL que liderou este estudo, explica: “CLV3 ajuda as plantas a se desenvolverem normalmente. Se não fosse ligado no momento exato, as plantas pareceriam muito diferentes. Todas as frutas seriam gigantescas e não ideais. Você tem que equilibrar crescimento e rendimento. Se uma planta tem tomates gigantes, mas apenas dois, isso é tão benéfico quanto um rendimento menor? Não existe uma solução simples. Você está sempre sacrificando algo quando tenta melhorar algo.”
Um alqueire de tomates na Fazenda CSHL Uplands. Crédito: Uplands Farm/Cold Spring Harbor Laboratory
Para os tomates, as mutações de engenharia perto do início, mas não do final do CLV3 gene afetou dramaticamente o tamanho dos frutos. Para Arabidopsis, as áreas ao redor de ambas as partes do gene precisaram ser interrompidas. Isto indica que algo aconteceu nos últimos 125 milhões de anos que fez com que as plantas evoluíssem de forma diferente. Exatamente o que aconteceu permanece um mistério.
“Você não pode voltar ao ancestral comum porque eles não existem mais. Portanto, é difícil dizer qual era o estado original e como as coisas se misturaram”, diz Ciren. “A explicação mais simples é que existe um elemento regulador que é conservado de alguma forma e que foi alterado de forma subtil. É um pouco inesperado.”
O que é certo é que a regulação genética não é uniforme entre plantas espécies. Descobrir essas diferenças genéticas poderia ajudar a tornar a engenharia do genoma das culturas mais previsível. E isso seria uma grande vitória não apenas para a ciência, mas também para os agricultores e criadores de plantas em todo o mundo.
Referência: “Reestruturação extrema das regiões reguladoras cis que controlam um regulador de células-tronco vegetais profundamente conservado” por Danielle Ciren, Sophia Zebell e Zachary B. Lippman, 4 de março de 2024, Genética PLOS.
DOI: 10.1371/journal.pgen.1011174
O estudo foi financiado pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá, pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, pelo Instituto Médico Howard Hughes e pelo Programa de Pesquisa do Genoma Vegetal da Fundação Nacional de Ciência.
