Pesquisa identifica genes que podem ampliar o acesso a características de resistência, produtividade e adaptação climática.
Pesquisadores do Instituto Max Planck de Pesquisa em Melhoramento de Plantas, na Alemanha, identificaram três genes envolvidos no bloqueio da recombinação genética em regiões dos cromossomos vegetais normalmente pouco acessíveis ao melhoramento. O avanço pode, no futuro, ampliar as possibilidades de combinação de características agronômicas em culturas de interesse comercial.
O estudo, publicado na Nature Plants, aponta que a inativação dos genes CTF18, SGO2 e SPF2 permite aumentar as trocas de DNA próximas aos centrômeros, estruturas dos cromossomos onde eventos de recombinação são naturalmente raros.
A recombinação ocorre durante a reprodução sexuada e promove a troca de segmentos de DNA entre cromossomos. Esse processo é fundamental para o melhoramento vegetal, pois possibilita combinar características desejáveis provenientes de diferentes linhagens e separar genes de interesse de características geneticamente associadas, mas indesejáveis.
O problema é que esse processo não ocorre de maneira uniforme. Grandes regiões próximas aos centrômeros funcionam como “zonas frias” de recombinação, restringindo as combinações genéticas disponíveis aos programas de melhoramento. Em culturas como trigo e cevada, essas áreas podem representar mais da metade de cada cromossomo.
Na cevada, aproximadamente 18% dos genes estão localizados nessas regiões de difícil acesso. No tomate, por exemplo, um gene associado à resistência a um vírus prejudicial à cultura permanece ligado a milhões de pares de bases de DNA indesejado, dificultando há décadas sua utilização de maneira mais precisa pelos melhoristas.
Genes atuam como barreiras à recombinação
A equipe liderada pelo pesquisador Raphael Mercier investigou os mecanismos responsáveis por limitar os crossovers próximos aos centrômeros utilizando Arabidopsis thaliana como planta-modelo.
Os cientistas verificaram que CTF18, SGO2 e SPF2 atuam de maneira independente na supressão da recombinação. Quando qualquer um desses genes foi desativado, passaram a ocorrer trocas de DNA em áreas cromossômicas nas quais esses eventos anteriormente não eram detectados.
A alteração de SPF2 apresentou um dos resultados mais expressivos, com aumento superior a três vezes na recombinação dentro das regiões anteriormente consideradas zonas frias. A combinação de diferentes mutações intensificou ainda mais o efeito, indicando a existência de múltiplos mecanismos moleculares envolvidos nesse bloqueio.
Plantas mantiveram desenvolvimento e fertilidade
Outro resultado relevante foi o comportamento das plantas modificadas. A maioria apresentou desenvolvimento normal, permaneceu fértil e produziu quantidade habitual de sementes. Os pesquisadores não observaram alterações de crescimento nos mutantes avaliados.
Reduções de fertilidade apareceram apenas nas combinações mais extremas de mutações. Os dados indicam que é possível elevar substancialmente a recombinação sem comprometer de maneira significativa o desenvolvimento e a reprodução das plantas nas condições experimentais avaliadas.
Os resultados, entretanto, ainda precisam ser validados em espécies agrícolas para determinar se a estratégia apresenta comportamento semelhante fora da planta-modelo.
Aplicação pode alcançar culturas agrícolas
A pesquisa também mostrou que apenas uma cópia alterada de SPF2 ou SGO2 pode ser suficiente para elevar a recombinação em regiões normalmente bloqueadas. Essa característica pode facilitar uma futura aplicação da descoberta em programas de melhoramento.
Uma possibilidade apontada pelos pesquisadores seria introduzir temporariamente a alteração genética, gerar a combinação de características desejada e posteriormente eliminar a mutação por meio de novos cruzamentos. Dessa forma, a variedade resultante poderia conservar a nova combinação genética sem necessariamente manter a alteração responsável pelo aumento da recombinação.
Como os três genes identificados são conservados entre diferentes espécies vegetais, os pesquisadores avaliam que o mecanismo poderá ser investigado em culturas como trigo, cevada, milho e tomate.
Caso a abordagem seja reproduzida nessas espécies, poderá ampliar o acesso dos programas de melhoramento a características genéticas que hoje permanecem pouco acessíveis pelos cruzamentos convencionais. Entre as aplicações potenciais estão a incorporação de resistência a doenças, a separação de características indesejáveis geneticamente ligadas e a combinação de atributos relacionados à produtividade e à adaptação das plantas às condições climáticas.