Ajuste fino do ângulo da folha com técnica de edição genômica vai melhora o rendimento da cana-de-açúcar; técnica ganhou o prêmio Nobel de Química, em 2020
A cana-de-açúcar é a maior cultura do mundo em rendimento de biomassa, fornecendo 80% do açúcar e 40% do biocombustível produzido no mundo. O tamanho da planta e o uso eficiente de água e luz a tornam uma candidata principal para produzir bioprodutos e biocombustíveis avançados, renováveis e de valor agregado.
No entanto, como um híbrido de Saccharum officinarum e Saccharum spontaneum , a cana-de-açúcar tem o genoma mais complexo de todas as culturas. Essa complexidade significa que melhorar a cana-de-açúcar por meio do melhoramento convencional é desafiador. Por causa disso, os pesquisadores recorrem a ferramentas de edição genética, como o sistema CRISPR/Cas9, para atingir precisamente o genoma da cana-de-açúcar para melhoria.
Em seu novo artigo, publicado no Plant Biotechnology Journal , uma equipe de pesquisadores da Universidade da Flórida no Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) alavancou essa complexidade genética a seu favor para usar o sistema CRISPR/Cas9 para ajustar o ângulo da folha na cana-de-açúcar. Esses ajustes genéticos permitiram que a cana-de-açúcar capturasse mais luz solar, o que, por sua vez, aumentou a quantidade de biomassa produzida.
Este trabalho apoia a abordagem de “plantas como fábricas” do Centro de Pesquisa em Bioenergia CABBI, financiado pelo DOE, e o objetivo principal de sua pesquisa de Produção de Matéria-Prima — sintetizar biocombustíveis, bioprodutos e moléculas de alto valor diretamente nos caules de plantas como a cana-de-açúcar.
A complexidade do genoma da cana-de-açúcar se deve em parte aos seus altos níveis de redundância: ele possui muitas cópias de cada gene. O fenótipo que uma planta de cana-de-açúcar exibe, portanto, depende tipicamente da expressão cumulativa das múltiplas cópias de um determinado gene. O sistema CRISPR/Cas9 é perfeito para essa tarefa porque pode ser projetado para editar poucas ou muitas cópias de um gene de uma só vez.
Este estudo focou em genes que desempenham um papel importante na determinação do ângulo da folha na cana-de-açúcar. O ângulo da folha, por sua vez, determina quanta luz pode ser capturada pela planta, o que é crítico para a produção de biomassa. Como o genoma altamente redundante da cana-de-açúcar contém 40 cópias de LG1 , os pesquisadores conseguiram ajustar o ângulo da folha editando diferentes números de cópias desse gene, resultando em ângulos de folha ligeiramente diferentes dependendo de quantas cópias de LG1 foram editadas.
“Em algumas das canas-de-açúcar editadas pela LG1 , nós apenas mutamos algumas das cópias”, disse Fredy Altpeter, líder da equipe de pesquisa e professor de agronomia na Universidade da Flórida. “E ao fazer isso, fomos capazes de adaptar a arquitetura da folha até encontrarmos o ângulo ideal que resultou em aumento da produção de biomassa.”
Quando os pesquisadores cultivaram cana-de-açúcar em testes de campo, eles descobriram que os fenótipos de folhas eretas permitiam que mais luz penetrasse na planta, o que resultou em aumento na produção de biomassa. Uma linha de cana-de-açúcar em particular, que continha edições em ~12% das cópias LG1 e mostrou uma redução de 56% no ângulo de inclinação das folhas, teve um aumento de 18% na produção de biomassa seca.
Ao otimizar a cana-de-açúcar para capturar mais luz, essas edições genéticas aumentam o rendimento da biomassa sem precisar adicionar mais fertilizante aos campos. Além disso, construir uma compreensão mais forte da genética complexa e da edição do genoma ajuda os pesquisadores a trabalhar em abordagens refinadas para o melhoramento das culturas.
“Esta é a primeira publicação revisada por pares descrevendo um teste de campo de cana-de-açúcar editada por CRISPR”, disse Altpeter. “E este trabalho também mostra oportunidades únicas para a edição de genomas de culturas poliploides, onde os pesquisadores podem ajustar uma característica específica.”
Os coautores deste estudo incluíram pesquisadores do CABBI do Departamento de Agronomia da Universidade da Flórida, Eleanor Brant, Ayman Eid, Baskaran Kannan e Mehmet Cengiz Baloglu.
Embrapa avança em pesquisas
Recentemente a Embrapa Agroenergia, que faz parte da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), anunciou o desenvolvimento da primeira cana de açúcar editada, mas não transgênica, do mundo. Para isso os pesquisadores usaram a mesma técnica de edição genômica (CRISPR/Cas9) que ganhou o prêmio Nobel de Química, em 2020. Como os pesquisadores realizaram apenas um silenciamento gênico, sem alteração no DNA, as plantas foram classificadas como não-transgênicas pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio).
Os pesquisadores afirmam que as plantas editadas aumentam a eficiência na produção de bioetanol, e geram um bagaço de maior digestibilidade para a alimentação de animais, e poderão ser uma opção à cana de açúcar transgênica.
Analisando o cenário mundial da cultura da cana, existe previsões de crescimento da produção mundial de açúcar. Os principais destinos do produto bruto são os mercados asiáticos, além de nações que possuem polos de refino, como a Arábia Saudita e a Argélia. Entre janeiro e abril de 2024, o Brasil embarcou quase 10,6 milhões de toneladas de açúcar, quase o dobro do mesmo período em 2023, quando foram exportados 5,96 milhões de toneladas. No ano de 2023, o Brasil exportou um total de 31 milhões de toneladas.
A situação de oferta reduzida na Índia abre oportunidades significativas para o Brasil consolidar sua presença no mercado internacional de açúcar, fortalecendo sua posição como um dos principais players globais nesse setor.
Traduzido pela equipe do CompreRural
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