Gene-chave para acelerar o crescimento da cana é identificado

Ao manipular a atividade do gene ScGAI em linhagens transgênicas de cana-de-açúcar, pesquisadores da Unicamp aumentam substancialmente o colmo da planta

Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Apesar dos esforços internacionais em melhoramento, dos avanços na agronomia e no manejo eficaz de pragas e doenças que acometem a cana-de-açúcar, a cultura agrícola tem apresentado limitação de desenvolvimento do colmo. Essa limitação física do caule da planta tem contribuído para restringir o teor de sacarose e de biomassa possíveis de serem obtidos dela para produção de açúcar e de etanol celulósico, apontam especialistas na área.

“Quebrar essa limitação de desenvolvimento da cana-de-açúcar de forma substancial pelo melhoramento convencional da cultura [por cruzamento de variedades] tem sido difícil”, disse Marcelo Menossi, professor do Departamento de Genética, Evolução e Bioagentes do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (IB-Unicamp), à Agência FAPESP.

Menossi, em colaboração com estudantes de pós-graduação orientados por ele e colegas do Laboratório Nacional de Ciência e Biotecnologia do Bioetanol (CTBE, na sigla em inglês), do Sugar Research Australia e da Martin Luther University Halle-Wittenberg, da Alemanha, descobriu que a resposta para transpor a barreira da limitação de rendimento da cana pode estar em um gene chamado ScGAI.

Em estudo feito durante um projeto vinculado ao Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN), eles constataram que o ScGAI é um regulador molecular chave do crescimento e desenvolvimento da cana.

Ao manipular a atividade desse gene em linhagens transgênicas de cana, desenvolvidas na Austrália, foi possível aumentar substancialmente o colmo e causar mudanças na alocação de carbono para moléculas estruturais e de armazenamento do cultivar, revelaram os pesquisadores em um artigo publicado no Journal of Experimental Botany.

“A cana da qual alteramos a expressão do gene ScGAI se desenvolveu muito mais rapidamente. Isso abre a perspectiva de desenvolver uma variedade de cana-energia que amadureça mais rápido e aumente a produção de biomassa por unidade de tempo”, disse Menossi.

A descoberta foi derivada do trabalho de doutorado de Rafael Garcia Tavares, feito no IB-Unicamp sob orientação de Menossi com Bolsa da FAPESP.

Durante o estudo, observou-se que o gene ScGAI medeia a regulação de alguns hormônios de crescimento de plantas comumente usados em lavouras de cana, como o etileno e as giberelinas.

Usadas em larga escala para melhorar o crescimento e o rendimento de muitas culturas hortícolas e agrícolas, as giberelinas aceleram o amadurecimento da cana ao desencadear a rápida degradação das proteínas DELLA e impedir que interajam e degradem outras proteínas que estimulam o crescimento da planta.

“Ao contrário das giberelinas, o etileno, que costuma ser aplicado nos canaviais na fase de maturação da cana, quando o agricultor não quer que a planta continue crescendo e acumulando folhas, mas só continue acumulando sacarose, estabiliza a proteína DELLA e permite que ela interaja e degrade outras proteínas promotoras de crescimento”, explicou Menossi. “Esse papel da proteína DELLA como reguladora de crescimento da cana-de-açúcar, porém, ainda não estava muito claro.”

Patenteamento do método de manipulação

A fim de compreender melhor o papel da proteína DELLA como reguladora de crescimento da cana-de-açúcar – especialmente no desenvolvimento do colmo –, os pesquisadores fizeram um experimento em que alteraram a expressão do gene ScGAI em linhagens de uma variedade de cana transgênica australiana.

Em algumas linhagens da cana transgênica o gene ScGAI foi silenciado de modo a diminuir a produção de proteína DELLA e impedir que ela interagisse e degradasse outras proteínas importantes para o desenvolvimento da planta.

Em outras linhagens transgênicas da planta permitiu-se que o gene fosse superexpresso com o objetivo de aumentar a produção de DELLA e estabilizá-la, de modo a permitir que interagisse e degradasse outras proteínas promotoras de crescimento.

As análises da comparação do crescimento das plantas após quatro meses apontaram que as linhagens transgênicas de cana-de-açúcar com superexpressão do gene ScGAI apresentaram crescimento atrofiado, internódios (gomos) mais curtos e metabolismo energético prejudicado.

Já as plantas cujo gene foi silenciado eram mais altas, tiveram rápido alongamento dos internódios, maior produção de fitômeros – unidade que compreende um nódulo e um entrenó, suas gemas axilares e folhas anexas – e maior alocação de carbono para o caule.

“O estudo mostrou claramente que o gene ScGAI é um componente fundamental para o desenvolvimento da cana e pode ser um alvo de manipulação genética de modo a permitir interferir na velocidade de crescimento e desenvolvimento da planta pela regulação da proteína DELLA”, apontou Menossi.

Os pesquisadores iniciaram o processo de patenteamento do método de manipulação do gene ScGAI para diminuir a quantidade de proteína DELLA na cana-de-açúcar e possibilitar que a planta se desenvolva mais rápido. A tecnologia já despertou o interesse de duas empresas.

“O próximo passo da pesquisa é realizar ensaios em campo para verificar se conseguimos obter os mesmos resultados que tivemos com o cultivo das linhagens transgênicas com o gene manipulado em casa de vegetação”, disse Menossi.

O artigo ScGAI is a key regulator of culm development in sugarcane (doi: 10.1093/jxb/ery180), de Rafael Garcia Tavares, Prakash Lakshmanan, Edgar Peiter, Anthony O’Connell, Camila Caldana, Renato Vicentini, José Sérgio Soares e Marcelo Menossi, pode ser lido no Journal of Experimental Botany em academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/ery180/4996041.