Arroz híbrido projetado com CRISPR pode clonar suas sementes

A pesquisa aumenta as esperanças de tornar as safras maiores e mais acessíveis.

Após mais de 20 anos de teorias sobre o assunto, os cientistas modificaram uma variedade híbrida de arroz para que algumas das plantas produzissem sementes clonadas. Nenhum sexo de planta foi necessário. O feito, descrito em 12 de dezembro na Nature, é encorajador para os esforços de alimentar um mundo cada vez mais lotado.

Cruzar duas boas variedades de grãos pode gerar um resultado fabuloso, combinando as melhores versões de genes para dar às colheitas características desejáveis, como maiores rendimentos. Mas essas maravilhas de grãos híbridos geralmente não transmitem essas cobiçadas qualidades genéticas a todas as sementes durante a reprodução. Assim, os agricultores que querem rendimentos consistentemente mais elevados têm de pagar por novas sementes híbridas todos os anos.

Esta nova versão gerada em laboratório faz com que o arroz híbrido preserve tais qualidades por meio da autoclonação, diz o coautor do estudo, Venkatesan Sundaresan, geneticista de plantas da Universidade da Califórnia, em Davis,nos Estados Unidos.

Embora 400 tipos de plantas, incluindo algumas amoras e cítricos, tenham desenvolvido sementes de autoclonação naturalmente, a recriação dessas vias em plantas de cultivo “tem sido mais difícil do que se esperava”, diz Sundaresan. Ele e seus colegas tiveram a ideia da nova pesquisa enquanto estudavam “como um óvulo fertilizado se torna um zigoto, essa célula mágica que regenera um organismo inteiro”, como diz Sundaresan.

Os pesquisadores descobriram que a modificação de dois conjuntos de genes fez com que o híbrido de arroz japonica, chamado Kitaake, clonasse suas próprias sementes. Primeiro, a equipe descobriu que, em um óvulo de planta fertilizado, apenas a versão masculina de um gene chamado BABY BOOM1 encontrado no espermatozóide desencadeou o desenvolvimento de um embrião de semente. Assim, os cientistas inseriram um interruptor genético, chamado de promotor, que permitiu que a versão feminina do mesmo gene fizesse o mesmo trabalho. Nenhum macho seria necessário para desencadear o desenvolvimento de um embrião.

Mas esse ajuste sozinho não foi suficiente para produzir sementes híbridas clonadas. Isso porque um óvulo normal que se formou através da meiose – um tipo de divisão celular que produz óvulos e espermatozóides – teria apenas metade de um conjunto de cromossomos.

Uma solução para o problema veio do geneticista de plantas e co-autor do estudo Raphael Mercier, baseado em Versalhes com o Instituto Nacional Francês de Pesquisa Agrícola. Sua equipe havia desativado três genes cruciais para a meiose no arroz, de modo que as plantas-mãe passaram a se reproduzir assexuadamente. Imtiyaz Khanday e Sundaresan atualizaram a abordagem, usando a ferramenta de edição de genes CRISPR / Cas9 para desabilitar os genes.

Combinando os dois ajustes no arroz Kitaake, uma parte dos pais, até agora cerca de 30%, cria, na melhor das hipóteses, sementes de clones viáveis, com sua genética híbrida original intacta. Essas sementes brotaram em plantas que também podiam se clonar, e assim também a próxima geração. Agora, o desafio será tornar o processo mais eficiente, diz Sundaresan.

A pesquisa é um passo importante para a clonagem de grãos híbridos, diz Anna Koltunow, da Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Commonwealth, em Glen Osmond, na Austrália, que não participou do estudo. "O estudo mostra claramente que é possível reprojetar o arroz para transformá-lo de um modo sexual para um modo assexual".