Um estudo liderado por pesquisadores da Genomics for Climate Change Research Center (GCCRC) apresenta um panorama inédito das tecnologias mais promissoras para inserir genes de forma precisa no genoma de plantas, especialmente no milho. Estima-se que o custo de desenvolvimento de uma linhagem de planta transgênica de qualidade pode levar 15 anos e custar até USD 50 milhões. A revisão, realizada em parceria com o Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) e com a Embrapa Agricultura Digital, detalha como novas abordagens de engenharia genética podem tornar o processo mais rápido, preciso e efetivo. O estudo foi publicado na revista Frontiers in Plant Science.
O GCCRC é um centro de pesquisa aplicada sediado na Unicamp, apoiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pela Embrapa, focado no desenvolvimento de soluções genéticas e biotecnológicas para aumentar a tolerância de culturas agrícolas a estresses como calor, seca e pragas. Combinando descoberta de genes, genômica, microbiologia, melhoramento e bioinformática, o centro busca criar ferramentas mais eficientes e sustentáveis para a agricultura em um cenário de crise climática.
Uma das frentes de pesquisa do órgão é desenvolver plantas de milho transgênicas ou editadas tolerantes à seca. Entretanto, a inserção de genes de interesse na planta ainda depende, majoritariamente, de processos incertos. O gene, introduzido de forma aleatória, pode ocorrer em regiões não seguras ou instáveis do genoma, o que torna o processo tradicional lento, caro, oneroso e impreciso.
Somado a isso, as normas de biossegurança exigem que, em uma linhagem de interesse comercial, o transgene esteja em cópia única, íntegra e em uma área segura e estável do genoma, o que é difícil de garantir quando tudo acontece ao acaso.
“A estratégia de integração randômica de transgenes gera mais de 90% dos eventos transgênicos com inserção em posições indesejadas e atividade instável, agravada ainda mais pela inserção de múltiplas cópias ou truncadas”, explica Marco Basso, biotecnologista do GCCRC e autor do estudo. Dependendo do local, o gene pode ser expresso em excesso ou em quantidade insuficiente, comprometendo sua função. Em certos casos, o próprio mecanismo molecular da planta pode silenciar o transgene.
“Portos seguros genômicos”
Para contornar essas limitações, o estudo revisa metodologias de inserção sítio-específica de transgenes e discute um conceito-chave: os “portos seguros genômicos” (do inglês, genomic safe harbors), que são regiões estáveis do genoma nas quais transgenes inseridos tendem a expressar seu máximo potencial, sendo previsíveis e herdáveis ao longo das gerações.
“Ao colocar o transgene nestas regiões intergênicas seguras, ele será expresso e transmitido para as próximas gerações”, afirma a pesquisadora Juliana Yassitepe, da Embrapa Agricultura Digital, uma das autoras do estudo.
Desta forma, é possível gerar menos plantas para selecionar uma linhagem de elite, reduzir o tempo e custo da geração e aumentar a previsibilidade do processo.
“O tempo de geração de uma linha elite via inserção randômica do transgene de interesse é de aproximadamente 10 anos, com custo que ultrapassa R$ 50 milhões, envolvendo a dedicação de muitas pessoas e muitas horas de trabalho especializado. Enquanto isso, comparativamente, a geração de uma linha elite usando metodologias de inserção sítio-específica de transgenes permite desenvolvê-la em até 10% deste tempo, custo e esforço.”
A revisão destaca iniciativas pioneiras da Corteva Agriscience, que já identificou quatro desses “portos seguros” no milho. Inspirada por esses resultados, a equipe do GCCRC aplicou um software desenvolvido originalmente para leveduras, adaptando-o para o genoma do milho. O grupo identificou novos candidatos a “portos seguros” por meio de análises de bioinformática e agora inicia a etapa experimental.
No GCCRC, uma das primeiras aplicações, segundo Yassitepe, será estabelecer a inserção de genes associados à tolerância à seca, uma das principais ameaças à produção agrícola sob mudanças climáticas.
“Ao entender melhor onde e como inserir transgenes de forma precisa, damos um passo importante para desenvolver linhas de elite mais adaptadas e eficientes”, concluem os autores.
Acesse o estudo “Recent advances in site-specific transgene insertion into the maize genome using recombinases and genome editing endonucleases”.
