CIÊNCIA

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Os genes do papel

Equipes de cinco estados identificam sequências de DNA que podem tornar o eucalipto mais resistente à seca e às doenças

RICARDO ZORZETTO | ED. 121 | MARÇO 2006

 

Uma das metas: controlar genes ativos nas folhas para aumentar a defesa contra fungos e insetos

Nos próximos meses devem brotar no laboratório do agrônomo Ivan de Godoy Maia, em Botucatu, interior de São Paulo, os primeiros pés de tabaco com uma característica especial: genes que não são originalmente dessa planta de folhas verde-claras grandes, largas e macias, mas do eucalipto, árvore de até 35 metros de altura e folhas duras em forma de lança. Desde o final de 2005 Maia trabalha na preparação de seis genes dessa árvore aparentemente ativos em um único tecido vegetal – a folha, o caule, a raiz, a flor ou o fruto – para implantá-los no tabaco. A razão para produzir pés de tabaco transgênico é que essa planta cresce e atinge a fase reprodutiva em cerca de seis meses, ao menos 12 vezes mais rapidamente que o eucalipto. Assim, é possível confirmar em pouco tempo em qual tecido vegetal cada um desses genes atua e sua provável função. Controlar esse ou outros genes é o primeiro passo para criar árvores de eucalipto mais resistentes à seca e às pragas ou capazes de produzir madeira de melhor qualidade para a extração de celulose e a produção de papel.

Esses experimentos com tabaco ou com outra planta-modelo, a Arabidopsis thaliana, são o que os geneticistas chamam de genoma funcional – neste caso, é a terceira etapa do projeto Genoma Eucalipto, o primeiro genoma de  árvore sequenciado no Brasil. Espera-se que em alguns anos os resultados obtidos em laboratório formem plantações mais produtivas de eucalipto. Natural da Oceania, essa árvore foi introduzida no país no início do século 20 por Edmundo Navarro de Andrade para produzir dormentes para as ferrovias que avançavam pelo interior paulista. O Brasil possui a maior área plantada no mundo destinada a fins comerciais. São 3,5 milhões de hectares que garantem ao país a posição de 7º produtor mundial de celulose e 11º de papel, atividades responsáveis por 4% do Produto Interno Bruto, ou R$ 80 bilhões.

A busca de variedades de eucalipto geneticamente modificadas é a parte final de um projeto de sequenciamento de genes que começou em 2001 e, com um perfil pouco comum no país, aproximou universidades e empresas. Na fase anterior, chamada data mining ou mineração de dados, encerrada no fim de 2005, foram identificados genes que podem contribuir para o aprimoramento dessa árvore. Com o auxílio de programas de computador equipes de 20 laboratórios do Rio Grande do Norte, Alagoas, Pernambuco, Rio de Janeiro e São Paulo vasculharam 123.889 segmentos de genes. Esse total corresponde a quase 15 mil genes que haviam sido sequenciados pelo consórcio Genoma Eucalipto (Forests), formado pela FAPESP e por quatro empresas do setor de madeira, papel e celulose – Duratex, Ripasa, Suzano e Votorantim -, com a colaboração das equipes do projeto Genomas Agronômicos e Ambientais (AEG).

No data mining os pesquisadores compararam os genes de cinco espécies de eucalipto comuns no país – Eucalyptus grandis, E. urophylla, E. camaldulensis, E. saligna e E. globulus – com genes já conhecidos de plantas como o tabaco, o álamo e a Arabidopsis. E descobriram quase 200 genes produtores de proteínas do sistema de defesa contra patógenos e 15 outros responsáveis por um complexo de proteínas que silencia outros genes. Outros resultados são relatados nos 19 artigos do suplemento da revista Genetics and Molecular Biology de novembro de 2005. “Esses e outros genes deverão servir como indicadores de características que se deseja reproduzir nas plantas”, diz o engenheiro florestal Luis Eduardo Aranha Camargo, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) da Universidade de São Paulo (USP), coordenador da segunda e da terceira fases do Genoma Eucalipto.

Nos últimos 40 anos técnicas de melhoramento genético tradicional como as usadas no século 19 pelo monge e botânico austríaco Gregor Mendel, um dos fundadores da genética, possibilitaram um aumento de até quatro vezes na produtividade dos eucaliptais brasileiros. A produção de madeira por hectare de floresta subiu de 12 metros cúbicos por ano na década de 1960 para até 50 metros cúbicos. Essa produção anual corresponde a uma sala de 5 metros de comprimento por 4 de largura cheia até o teto com a madeira obtida pela derrubada das árvores plantadas em uma área equivalente a um quarteirão.

Mas nem sempre o simples cruzamento de variedades distintas surte o efeito desejado. Por esse motivo, o que se tenta ao produzir eucaliptos geneticamente modificados é alterar características que não são facilmente manipuladas por meio do melhoramento genético tradicional. Um exemplo é o controle da concentração da lignina, polímero natural que funciona como um cimento entre as células e confere dureza à madeira. O sonho de todo produtor de papel e celulose é colher plantas com um teor de lignina inferior ao normal, de 20% a 30% da massa da árvore. Níveis mais baixos de lignina simplificariam o processamento da madeira para obter celulose, açúcar formado por milhares de moléculas de um açúcar mais simples, a glicose. Já para a indústria de móveis ou para a indústria siderúrgica interessam as árvores com teores de lignina mais elevados.

O controle da quantidade de lignina dependerá da habilidade dos pesquisadores para controlar um ou mais genes identificados pelo biólogo Ricardo Harakava, do Instituto Biológico de São Paulo. Harakava encontrou 13 genes que regulam a produção de lignina, conhecidos anteriormente apenas em plantas herbáceas, como a Arabidopsis thaliana, e no álamo, árvore de até 35 metros de altura, principal fonte de celulose nos países do hemisfério Norte. A comparação do nível de atividade desses genes nas diferentes espécies de eucalipto – são cerca de 700 – pode revelar um padrão de funcionamento típico das árvores com baixa produção de lignina, funcionando assim como marcadores biológicos dessa característica. “Com o auxílio de marcadores biológicos é possível fazer a seleção precoce de plantas com baixo teor de lignina”, exemplifica Harakava. Outra possibilidade: reduzir a atividade desses genes por meio de técnicas de transgenia, ainda em fase experimental no caso do eucalipto.

Antibióticos naturais
Também se pretende desenvolver eucaliptos mais resistentes a doenças. Nas regiões mais quentes e úmidas do Brasil, uma elevada variedade de patógenos ataca especialmente as plantas jovens e impedem seu crescimento. Espécies como a Eucaliyptus urophylla, bastante usada por crescer rapidamente e atingir a idade reprodutiva em apenas cinco anos, são muito suscetíveis a fungos que digerem a madeira, danificam as folhas ou causam o apodrecimento das raízes. Analisando os dados do Genoma Eucalipto, a equipe da geneticista Ana Maria Benko-Iseppon, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), localizou 210 genes capazes de ajudar a resolver esses problemas. “É um número bastante elevado, uma vez que o material genético foi extraído de plantas saudáveis”, diz Ana Maria. “Esse resultado sugere que pode haver um número ainda maior de genes de resistência no eucalipto.”

Esses 210 genes integram as cinco classes de genes de resistência (genes R) conhecidas em plantas e talvez haja até mesmo uma nova classe, a sexta, que ainda deve ser confirmada por meio de experimentos. Associados a diferentes mecanismos do sistema de defesa do eucalipto, desencadeiam sinais químicos que induzem um suicídio celular coletivo nos tecidos infectados ou estimulam a produção de compostos que atuam como antibióticos naturais e eliminam fungos, bactérias, vírus ou vermes.

Já o trabalho do geneticista Márcio Alves-Ferreira, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), pode auxiliar no desenvolvimento de variedades de eucalipto menos sensíveis à seca – a falta de chuva por mais de um mês é uma ameaça às plantações da região noroeste de São Paulo. A equipe do Rio encontrou 50 genes reguladores da família homeobox, que ligam ou desligam outros genes relacionados à tolerância à falta d’água. “Se os experimentos derem certo, poderemos produzir variedades resistentes à seca usando genes do próprio eucalipto, e não de outras espécies”, diz Alves-Ferreira. Seu trabalho com os genes MADS-box, responsáveis pelo desenvolvimento da flor, pode impedir a produção de grãos de pólen e a contaminação de plantas normais com o material genético de variedades transgênicas.

Interruptor genético
O grupo do biólogo Marcelo Menossi, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), identificou oito genes muito ativos em quase todos os tecidos do eucalipto. São genes como o que contém a receita da catalase, enzima antioxidante que protege as células de danos causados por radicais livres, e o responsável pela produção da proteína HSP (heat shock protein), que evita danos celulares provocados pelo aumento da temperatura do ambiente. Outros 13 genes distinguem-se dos demais por funcionarem em um único tecido.

Para as pesquisas avançarem, é essencial conhecer o tecido em que os genes atuam. Cada gene contém um trecho inicial chamado região promotora ou reguladora que atua como um interruptor genético, controlando onde o gene vai funcionar ou se desligar. Desse modo, um gene que coordena a produção das pétalas das flores durante o período reprodutivo vai se manifestar somente nos tecidos florais – e permanecerá inativo na raiz e no caule – porque sua região promotora torna-se ativa somente nas células da flor.

Caso se deseje proteger o eucalipto de insetos que atacam as folhas, é possível associar um gene que produz uma toxina contra o inseto a uma região promotora de um gene ativo apenas em folhas. Já se a meta for gerar uma variedade resistente a fungos que atacam todos os tecidos, será necessário associar um gene contra o fungo a um promotor ativo em todos os órgãos da planta. Foi justamente a região promotora de seis desses genes – dois específicos da folha, um da raiz, um de botão floral e outro de botão floral e fruto, além de um gene ativo em todos os tecidos – que Ivan de Godoy Maia obteve em seu laboratório na Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Botucatu, e prepara agora para inserir em plantas de tabaco. Se der certo, os pesquisadores terão à disposição sequências promotoras identificadas no Brasil e não precisarão pagar royalties pelo uso de trechos promotores já patenteados no exterior.


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