Inovação genômica em arroz: transformando variedades com CRISPR
Arroz pigmentado, como arroz preto, marrom e vermelho, é rico em microelementos essenciais, incluindo ferro, zinco, cobre, manganês e selênio. Crédito: © 2023 KAUST; Khalid Sedeek.
(Por SciTechDaily) Os pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnnologia Rei Abdullah (KAUST) da Arábia Saudita, estão trabalhando para melhorar as características agronômicas das variedades de arroz pigmentado usando estudos genômicos e a tecnologia CRISPR. Seu foco é melhorar variedades ricas em nutrientes, como o arroz preto indonésio Cempo Ireng, transformando-o em uma variedade mais curta e de maturação precoce para aumentar seu apelo aos agricultores. Seu próximo projeto é aumentar a produtividade do arroz Hassawi, uma variedade culturalmente significativa de arroz vermelho nativa da Arábia Saudita.
A pesquisa fundamental oferece oportunidades para novas variedades de arroz pigmentado e um recurso para lidar com a desnutrição.
O arroz pigmentado é conhecido por ser muito mais nutritivo do que o branco e pode ser um recurso importante para melhorar a saúde humana e combater a desnutrição. No entanto, é necessário melhorar o rendimento e as características agronômicas para que essas variedades, que incluem preto, marrom e vermelho, sejam amplamente aceitas pelos agricultores.
Uma equipe internacional liderada por Magdy Mahfouz e Khalid Sedeek, da KAUST, mostrou que características agronômicas desejáveis de caule mais curto e maturidade precoce podem ser introduzidas no arroz preto.
Sedeek, um pós-doutorando no laboratório de Mahfouz, diz que o primeiro passo para fazer essas melhorias foi coletar informações genômicas abrangentes.
“Embora os genomas de várias variedades de arroz japonica e indica tenham sido montados, as sequências completas do genoma estão disponíveis apenas para algumas variedades pigmentadas”, diz ele.
Os pesquisadores selecionaram três variedades de arroz preto e duas de arroz vermelho para o sequenciamento de todo o genoma. Para detectar mais variações genéticas, sequenciaram 46 variedades adicionais.
“O próximo passo foi analisar a composição dessas variedades para identificar aquelas com nutrição superior como candidatas ao melhoramento”, diz Sedeek. Para fazer isso, os pesquisadores analisaram 63 variedades de arroz preto, vermelho e integral, com o arroz preto apresentando o melhor teor de nutrientes em uma ampla gama de compostos, incluindo carboidratos, aminoácidos, metabólitos secundários, lipídios, peptídeos e vitaminas .
O arroz pigmentado (especialmente o arroz preto) também é rico em microelementos essenciais, incluindo ferro, zinco, cobre, manganês e selênio. Em particular, o arroz preto indonésio Cempo Ireng (o arroz mais rico em ferro e o genótipo de arroz preto mais rico em zinco) poderia fornecer as necessidades diárias desses elementos essenciais.
Os pesquisadores usaram esses perfis de nutrientes e íons metálicos para identificar várias variedades ricas em nutrientes com níveis mais altos de antioxidantes e outros compostos e elementos benéficos, que poderiam ser variedades prováveis de melhoria.
Um deles foi Cempo Ireng. No entanto, apesar de sua resistência a pragas e doenças, os agricultores relutam em cultiva-lo devido ao caule longo e ciclo de vida de cinco meses. Sedeek estabeleceu um sistema de regeneração e transformação em Cempo Ireng e então usou CRISPR/Cas 9 para derrubar três repressores do tempo de floração, resultando em uma variedade de porte mais curto e de maturação precoce.
As características agronômicas melhoradas em variedades de arroz pigmentadas têm o potencial de torná-las mais adequadas para cultivo e incorporação na cadeia alimentar. No entanto, observa Mahfouz, é necessário mais trabalho para determinar se essas características modificadas podem coexistir com outras características importantes, como o rendimento, no arroz pigmentado.
“No entanto”, diz, “esta pesquisa fornece recursos importantes para bioengenheiros e criadores de culturas para continuar melhorando o arroz pigmentado e aproveitar seus potenciais benefícios para a saúde humana”.
Mahfouz e sua equipe agora planejam melhorar uma variedade local de arroz vermelho conhecida como arroz Hassawi. Esta cepa em particular, nativa da Arábia Saudita, tem imenso significado cultural e econômico na região. Ao utilizar a tecnologia CRISPR, o grupo pretende aumentar a produtividade e outras características importantes do Hassawi para atender demandas exclusivas do mercado saudita local.
Referência: “Recursos multi-ômicos para melhoria agronômica direcionada de arroz pigmentado” por Khalid Sedeek, Andrea Zuccolo, Alice Fornasiero, Annika M. Weber, Krishnaveni Sanikommu, Sangeetha Sampathkumar, Luis F. Rivera, Haroon Butt, Saule Mussurova, Abdulrahman Alhabsi, Nurmansyah Nurmansyah, Elizabeth P. Ryan, Rod A. Wing e Magdy M. Mahfouz, 11 de maio de 2023, Nature Food.
