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Jornal da Unicamp online

Grupo identifica fragmentos de genes responsáveis pela produção de açúcar na cana

Publicado em 30 julho 2018

Por Carmo Gallo Netto

Pesquisa realizada no Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) e no Departamento de Biologia Vegetal do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp revela em que partes do código genético da cana-de-açúcar estão os fragmentos de genes responsáveis pela produção de açúcar. A estratégia utilizada para a descoberta, além de abrir portas para melhoramentos e modificações genéticas que aumentem a capacidade da cana de produzir sacarose, também pode ser empregada para criar variedades de cana resistentes a pragas.

O trabalho, coordenado pela professora Anete Pereira de Souza, do Departamento de Biologia Vegetal do Instituto de Biologia (IB) da Universidade e responsável pelo Laboratório de Análise Genética Molecular do CBMEG, foi realizado pelos biólogos e geneticistas Danilo Augusto Sforça, Melina Cristina Mancini e Cláudio Benício Cardoso da Silva e pela química Aline da Costa Lima Moraes. O estudo, apoiado pela Fapesp, CNPq e Capes, foi publicado em março no periódico Frontiers in Plant Science.

A pesquisa objetivou obter sequências de genes da cana-de-açúcar de interesse econômico por outras vias que não o do sequenciamento genético do genoma completo até então não disponível. Com efeito, da família das gramíneas, à qual pertence a cana-de-açúcar, já foram sequenciadas 33 espécies, entre as quais arroz, cevada, milho, sorgo e trigo, mas não ainda o código genético total da cana, embora dezenas de laboratórios em todo o mundo o venham tentando há anos. Mas essa tarefa revelou-se por demais intrincada em face da complexidade do DNA dessa espécie. “Como não existe ainda o genoma da cana completamente sequenciado, procuramos estratégias que nos possibilitassem conseguir sequências de genes de importância para o melhoramento da planta e, no caso, escolhemos aqueles responsáveis pela produção de açúcar, os mais importantes do ponto de vista econômico”, explica a professora Anete.

Sabia-se que uma região do sorgo sacarino – espécie semelhante ao milho e utilizada na ração animal – é responsável pela acumulação de açúcar no colmo. Como o sorgo e a cana são espécies aparentadas, com genótipos semelhantes, lembra Melina Mancini, “partimos do pressuposto de que os genes para a produção de açúcar no sorgo deveriam conservar a mesma função na cana-de-açúcar e em decorrência procuramos identificar essa mesma sequência genética dentro do genoma da cana”.

A ideia era a de utilizar uma estratégia que permitisse sequenciar os genes de interesse com vistas a utilizá-los em uma nova tecnologia de melhoramentos de plantas que se chama hoje de seleção genômica, que é muito mais eficiente e traz ganhos maiores. Anete estranhou que, embora se soubesse que o sorgo e a cana são muito arecidos, a ninguém tenha ocorrido antes a ideia de estabelecer uma correlação entre essas plantas, embora isso seja muito comum nos estudos entre animais, a exemplo dos ratos utilizados como cobaias para predizer o que pode vir a ocorrer no organismo humano. Posteriormente à publicação do trabalho, em março, um grupo francês publicou em julho último um mosaico de sequências da cana baseando-se na estratégia descrita, conta a professora Anete.

As pesquisas

As pesquisas centraram-se inicialmente no sorgo, que tem genoma mais simples, com cerca de um décimo de comprimento do genoma da cana, e com sequenciamento já muito bem definido, pensando-se em transpor depois o conhecimento adquirido para a cana-de-açúcar. Mas na verdade, o ponto de partida do projeto ocorreu em 2011, quando Danilo Sforça, então doutorando, foi para o Instituto Nacional de Pesquisas Agronômicas em Toulouse, França, para montar um banco de fragmentos de cana, chamado de biblioteca de clones do genoma da cana-de-açúcar. Conhecendo-se os genes do sorgo para o acúmulo de açúcar pode-se então localizar uma sequência similar na biblioteca da cana. A partir daí, Melina decidiu vasculhar essa biblioteca em busca das sequências similares entre o sorgo e a cana, orientando o estudo para uma característica ligada à produção e ao acúmulo de açúcar. Os pedaços de DNA de cana selecionados pelos marcadores moleculares na biblioteca foram então sequenciados e organizados na ordem correta em que se encontram no genoma da cana.

Em outras palavras, utilizando a sequência genética do sorgo sacarino e ferramentas da bioinformática, os pesquisadores conseguiram, a partir do genoma responsável pela produção de açúcar no sorgo, encontrar a correspondência com genomas da cana com funções supostamente similares, mesmo não dispondo de sua sequência genômica. Se confirmada essa hipótese, a descoberta pode levar a grandes saltos na produção de etanol e açúcar por hectare plantado, otimizando os espaços agrícolas. E ainda elevar o poder calórico do bagaço de cana oriundo da indústria sucroalcooleira, queimado em usinas termoelétricas, o que levaria a maior produção de energia por quantidade de bagaço.

Entretanto, a coordenadora do programa frisa que não basta supor que os genes encontrados na cana, a exemplo do que ocorre no sorgo, de fato sejam os responsáveis pela produção e acúmulo de açúcar, embora faça sentido supor que assim o seja. Mas a ciência não funciona assim, ela exige comprovação. Portanto, é preciso ainda demonstrar sem quaisquer dúvidas que a função dos 53 genes, semelhantes aos do sorgo e identificados na cana, é realmente de produzir açúcar. A etapa de confirmação da função dos genes encontra-se em andamento, juntamente com os programas de melhoramento de cana de açúcar do Centro de Cana do Instituto Agronômica de Campinas (IAC) e da Rede Interuniversitária para o Desenvolvimento do Setor Sucroenergético, em Araras (RIDESA).

Contexto

A professora Anete enfatiza: “Nosso interesse nesta pesquisa não foi o de sequenciar o genoma inteiro da cana, mas a partir do sorgo, localizar regiões importantes dele que codificam genes para a produção de açúcar, que possam conferir tolerância da variedade à seca, a fungos, bactérias ou vírus, ou que permitam o crescimento em solos pobres, em áreas com maior ou menor insolação e variação de disponibilidade de adubo. Nosso trabalho é voltado para que os melhoristas de cana possam usar os resultados em seus programas de melhoramento”. A importância do estudo ressalta quando se sabe que o Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com quase o dobro da safra do segundo colocado, a Índia.

Mas, certamente, melhor de tudo, é o que a tecnologia desenvolvida permite vislumbrar, para além do caso particular do sorgo com a cana. Pode-se vir a utilizar o mesmo sistema de comparação para estudar outras plantas, que a exemplo da cana, também tenham genoma complicado. É o que acontece, por exemplo, com o genoma complexo da seringueira, que pode ser estudado a partir do genoma da mamona, que tem a sequência genômica muito bem caracterizada, ou dos capins utilizados em pastagens comparados com a espécie de capim chamada de setária, a qual já teve o seu genoma sequenciado, por ser mais simples que os capins usados no Brasil. Aliás, esta é também outra frente de pesquisa do CBMEG e Departamento de Biologia Vegetal do IB.

Cláudio da Silva ressalta ainda o ganho em tempo e dinheiro que o emprego da tecnologia proposta possibilita: “A busca da similaridade dentre os genes do sorgo e da cana envolve a utilização de um genoma já sequenciado, bem definido e conhecido, que demandou anos de trabalho envolvendo muitas esquipes de pesquisadores e muitos recursos. Utilizando-se um conjunto de genes do sorgo potencialmente relacionados com as características da produção de açúcar dá-se um salto incomensurável. Com esse tipo de correlação se ganha um tempo excepcional e uma grande economia de trabalho e recursos”.