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Biologos criam nova variedade de tomate com antioxidante usando CRISPR-Cas9

Da planta selvagem à cultura: CRISPR-Cas9 revoluciona a reprodução, novo tomate contém antioxidantes mais valiosos

Wikimedia Commons

A planta Solanum pimpinellifolium

Gradualmente, ao longo de milhares de anos, a humanidade vem exercendo o melhoramento genético de culturas tais como o trigo e o milho, modificando as propriedades originais das plantas selvagens de modo a atender às suas necessidades. Um dos motivo para esta iniciativa foi, e ainda é, a busca por colheitas maiores. Um "efeito colateral" deste melhoramento foi a redução da diversidade genética e a perda de propriedades úteis. Isto é demonstrado pelo aumento da suscetibilidade a doenças, da falta de sabor ou da redução do teor de vitaminas e nutrientes em variedades modernas, entre outras características. Agora, pela primeira vez, pesquisadores do Brasil, dos EUA e da Alemanha criaram uma nova cultura a partir de uma planta silvestre em uma única geração usando CRISPR-Cas9, um moderno processo de edição de genoma. Partindo de um tomate “silvestre", eles têm, ao mesmo tempo, introduzido uma variedade de características típicas das variedades de cultivo, sem no entanto perder as valiosas propriedades genéticas da planta selvagem. Os resultados foram publicados na edição atual da revista Nature Biotechnology.

"Este novo método nos permite começar do zero e iniciar um novo processo de domesticação novamente", diz o biólogo Jörg Kudla, da Universidade de Münster (Alemanha), cuja equipe está envolvida no estudo. "Dessa forma, conseguimos usar todo o conhecimento existente sobre genética de plantas e domesticação de plantas que os pesquisadores acumularam nas últimas décadas. Podemos preservar o potencial genético e as propriedades particularmente valiosas das plantas silvestres e, ao mesmo tempo, produzir características desejadas das culturas modernas em um curto espaço de tempo." No total, os pesquisadores passaram cerca de três anos trabalhando em seus estudos.

Os pesquisadores escolheram a Solanum pimpinellifolium como a espécie-mãe, um tomate selvagem da América do Sul que é o progenitor do moderno tomate de cultivo. Os frutos da planta selvagem são do tamanho de ervilhas e seu rendimento é baixo, duas propriedades que o tornam impróprio para o cultivo. Por outro lado, a fruta possui mais aroma do que os tomates modernos, que perderam um pouco do seu sabor devido ao processo reprodutivo. Além disso, a fruta silvestre contém mais licopeno. Este, assim chamado, eliminador de radicais, isto é, um antioxidante que é considerado saudável e, como resultado, é um ingrediente bem-vindo.

Os pesquisadores modificaram a planta silvestre usando o "multiplex CRISPR-Cas9" de tal forma que as plantas “filhas” adquiriram pequenas modificações genéticas em seis genes. Esses genes decisivos já haviam sido identificados pelos pesquisadores nos últimos anos, e são vistos como a chave genética para as características do tomate domesticado. Mais especificamente, os pesquisadores produziram as seguintes modificações em relação ao tomate selvagem: o fruto é três vezes maior que o do tomate silvestre, o que corresponde ao tamanho de um tomate cereja; há dez vezes mais frutas; e sua forma é mais oval do que a fruta silvestre redonda. Esta propriedade é popular porque, quando chove, as frutas redondas se abrem mais rápido do que as frutas ovais. As plantas também têm um crescimento mais compacto.

Outra nova propriedade importante é que o conteúdo de licopeno na nova safra de tomate é mais do que duas vezes maior do que no seu "pai" selvagem - e não menos que cinco vezes maior do que nos tomates cereja convencionais. "Esta é uma inovação decisiva, que não pode ser alcançada a partir de qualquer processo de criação convencional com os tomates cultivados atualmente", diz Jörg Kudla. "O licopeno pode ajudar a prevenir o câncer e as doenças cardiovasculares. Então, do ponto de vista da saúde, o tomate que criamos provavelmente tem um valor adicional em comparação aos tomates convencionais cultivados e outros vegetais que contêm licopeno apenas em quantidades muito limitadas." Até agora, acrescenta, os criadores haviam tentado em vão aumentar o teor de licopeno em tomates cultivados. Nos casos em que foram bem sucedidos, no entanto, isso foi à custa do conteúdo de beta-caroteno - que também protege as células e é, portanto, um ingrediente valioso.

Jörg Kudla resume o dilema da agricultura moderna: "Nossas safras modernas são o resultado do melhoramento genético, com todas as suas vantagens e desvantagens. Muitas propriedades, como a resiliência, foram perdidas, e só poderemos recuperá-las através de uma laborioso processo de décadas de retrocruzamento com a planta silvestre, se é que isso é possível. A razão é que as propriedades que resultam da interação entre inúmeros genes não podem ser restauradas através de processos tradicionais de reprodução. Em muitos aspectos, a domesticação é um processo em um sentido único. Com a ajuda da edição moderna de genoma, podemos usar as vantagens da planta selvagem e resolver esse problema de reprodução. Em resumo, a `domesticação repetida` molecular oferece um enorme potencial, inclusive para produzir propriedades novas e desejáveis. "Além disso, acrescenta o Kudla, agora será possível, por exemplo, usar plantas que são muito saudáveis mas que até agora não foram utilizadas por humanos, ou apenas foram usadas de forma muito limitada. Aumentando o tamanho de suas frutas ou melhorando outras características de domesticação, será possível transformá-las em culturas inteiramente novas.

Detalhes do método: Os pesquisadores usaram o método CRISPR-Cas9 para direcionar e desativar genes na planta de Solanum pimpinellifolium por meio das chamadas mutações de perda de função. Entre as plantas geneticamente modificadas, selecionaram plantas progenitoras maduras adequadas. Os pesquisadores examinaram os descendentes dessas plantas-mãe por suas características externas visíveis e analisaram suas propriedades.

Universidade de Munster

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