FIF, 01/09/2023
Por Jolanda Van Hal
Elaborando uma super batata: pesquisadores preparam o terreno para uma batata resistente ao clima preparada para melhorar a nutrição
01 de setembro de 2023 --- Os cientistas criaram um super pangenoma que captura a diversidade genética completa de várias espécies de batata, para identificar características genéticas que podem ajudar a melhorar sua resiliência e qualidade nutricional. Os pesquisadores analisaram dados de bancos de dados públicos, incluindo bancos de genes no Canadá, nos EUA e no Peru.
O pangenoma inclui sequências genômicas de 296 variedades de batatas e versões selvagens de 60 espécies. Os pesquisadores observam que esta é “a mais extensa coleção de dados de sequência do genoma da batata e seus parentes até o momento”.
“Ao compilar estes dados que representam a vasta variação genética da batata e dos seus parentes selvagens, esperamos informar o trabalho para melhorar o germoplasma da batata para a resiliência climática e para salvaguardar a segurança alimentar”, disse autora Martina Strömvik, Ph.D. e professor associado da Universidade McGill, Canadá, ao
Food Ingredients First.
“Para melhorar a batata moderna, identificaríamos características genéticas que a tornariam mais resiliente a tensões como o calor, a seca e as ondas de frio, que estão a aumentar em frequência com as alterações climáticas, bem como características genéticas para combater doenças e pragas que aproveitam colheitas enfraquecidas e levam a perdas de colheitas.”
A batata (Solanum tuberosum L) é a terceira cultura não cerealífera mais importante e mais significativa para a segurança alimentar em todo o mundo. A maior diversidade de espécies selvagens do gênero é encontrada nas montanhas do centro do México e nos Andes.
Super spud
Os pesquisadores destacam que o super pangenoma pode ajudar a identificar genes específicos para criar uma “super spud”, por meio de reprodução tradicional ou tecnologia de edição de genes.
“A batata foi selecionada pelas suas características benéficas e ocasionalmente cruzada com espécies selvagens desde a sua domesticação, há 10.000 anos”, acrescenta Strömvik.
“Com a quantidade de dados de sequências agora disponíveis e com o tipo de análise de sequências computacionais que podemos fazer, as abordagens de melhoramento da batata utilizando espécies selvagens podem ser mais direcionadas para a informação genética que encontramos em espécies selvagens.”
A análise das variações genéticas em variedades cultivadas e selvagens indicou que “a domesticação estava associada a alterações na fotossíntese, na resposta de defesa e nos processos metabólicos”, observam os investigadores.
Além disso, as espécies diferiram nas funções biológicas relacionadas ao desenvolvimento radicular e à dormência.
“As espécies de batata selvagem podem ensinar-nos muito sobre quais as características genéticas que são críticas na adaptação às alterações climáticas, e às condições meteorológicas extremas, melhorando a qualidade nutricional e melhorando a segurança alimentar”, sublinha Strömvik.
Variação genética
A maioria das variedades modernas de batata são tetraplóides (possuem quatro cópias do seu genoma), enquanto a maioria das espécies de batata selvagem são diplóides (possuem duas cópias do seu genoma, como os humanos), explica Strömvik.
Ela revela ainda que a diversidade genética nas batatas modernas é subótima, uma vez que são normalmente propagadas para manter as propriedades desejadas. No entanto, as espécies selvagens são “livres para vaguear e fazer polinização cruzada à vontade e, portanto, têm uma diversidade genética muito maior. É esta diversidade que pode conter as características importantes de que necessitamos.”
“A força deste estudo é que, como observamos quais genes estão presentes ou ausentes em cada um dos genomas, comparando com a coleção de todos os genes em todos os genomas (o super pangenoma), fomos capazes de colocar tetraplóides e diplóides em uma árvore filogenética de uma forma relativamente simples.”
“Ao fazer isso, podemos ver quais características genéticas são típicas de diferentes ramos da árvore e até mesmo quais espécies possuem quais genes em comparação com outras. Isso pode nos informar onde procurar variantes genéticas.”
Para distinguir as variações genéticas, os investigadores agruparam as diferentes variedades de batata em quatro clados (grupos naturais). Por exemplo, um grupo tinha genes únicos para funções no desenvolvimento de flores e no desenvolvimento de tubérculos. Os autores também encontraram genes exclusivos de três grupos com processos associados a respostas ao estresse, como o frio.
Além disso, os autores sugerem que os elementos transponíveis – sequências de ADN móveis que podem replicar-se dentro dos genomas independentemente do ADN da célula hospedeira – desempenham um papel na adaptação a novos ambientes.
Esses elementos são uma fonte essencial de variabilidade genética. Seu conteúdo diferiu entre os vários clados. Por exemplo, clados isolados de outras espécies apresentaram uma gama muito menor de elementos transponíveis.
Aprendendo com a batata silvestre
Os pesquisadores ressaltam que o super pangenoma pode ser usado para responder questões sobre a evolução da batata, que os povos indígenas do sul do Peru domesticaram.
“Ter múltiplas cópias do seu genoma é natural para as plantas, e pensa-se que provavelmente todas as plantas com flores já foram poliplóides”, explica Strömvik. “As plantas poliplóides são normalmente maiores do que as diplóides, e os humanos as selecionaram porque têm frutos maiores ou, no caso da batata, tubérculos maiores.”
Além disso, ela ressalta que a maioria, senão todas, as batatas selvagens não são comestíveis porque produzem altos níveis de glicoalcalóides tóxicos. A batata moderna foi selecionada para produzir quantidades muito baixas que não são prejudiciais aos seres humanos.
Embora o estudo, publicado na PNAS, inclua o maior número de espécies de batata num pangenoma, com 60 das cerca de 110 espécies de batata, Strömvik explica que os dados disponíveis limitam a investigação.
“Cada espécie tem em si uma variação genética importante, e espero algum dia ver 1.000 genomas de cada uma das 110 espécies de batata, mais ou menos como o projeto de 1.000 genomas para humanos, apenas para mais ou menos 100 espécies.”
Culturas com edição genética
O mapeamento dos genomas das culturas ajuda a acelerar os programas de melhoramento de plantas e a desenvolver variedades com maior qualidade, ou resistência a doenças ou alterações climáticas.
Os investigadores mapearam o genoma do amendoim para criar nozes resistentes que aumentem a produtividade, com o objetivo de desenvolver novas ferramentas de melhoramento e melhorar características de qualidade, como nutrição e sabor.
Esta pesquisa resultou em uma nova variedade de amendoim resistente à mancha tardia, uma ameaça significativa às culturas de amendoim.
Além disso, no Reino Unido, testes de trigo de uma variedade geneticamente editada encontraram uma redução de um potencial cancerígeno quando a farinha foi cozida.
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