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Pesquisa estuda genes que atuam na fotossíntese da cana-de-açúcar

Estudo publicado ajudará no desenvolvimento de plantas mais adaptadas à produção de etanol.
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Produzir grandes quantidades de biomassa é uma característica fundamental em plantas utilizadas como matérias-primas na produção de etanol, em especial o de segunda geração. Essa produção elevada ocorre em espécies com alta eficiência na fotossíntese, pois é por meio desse processo metabólico que a planta absorve carbono da atmosfera e o converte em biomassa durante o seu desenvolvimento. Pesquisadores do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) publicaram em dezembro do ano passado um estudo que identifica diversos genes importantes para a atividade fotossintética da cana.

As informações geradas pelo trabalho liderado por Lucia Mattiello e Diego Mauricio Riaño-Pachón – em colaboração com pesquisadores da Unicamp, IAC e USP –  podem ser de grande valia aos grupos de melhoramento genético de cana-de-açúcar. Elas auxiliam a aprofundar o trabalho desses grupos no desenvolvimento de novas variedades capazes de realizar mais fotossíntese, produzam mais biomassa ou acumulem mais ou menos açúcar no interior da planta.

A cana-de-açúcar é uma espécie de gramínea do tipo C4, grupo conhecido por alta eficiência fotossintética. Os pesquisadores do CTBE selecionaram plantas adultas da variedade de cana SP80-3280 e empregaram tecnologias diversas para analisar atividade fotossintética, acúmulo de açúcar e expressão gênica (transcriptômica) em quatro regiões distintas das folhas: junto ao colmo (base 0), base, meio da folha e ponta. Cada uma dessas regiões apresenta estágios de desenvolvimento celular distintos, visto que a ponta da folha possui células fisiologicamente mais maduras do que a base.

Para identificar os genes expressos, os pesquisadores usaram sequenciadores de última geração do CTBE e da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Usando bioinformática, conseguiram gerar com estes dados 250 mil genes (transcritos) em potencial. Como a cana ainda não possui o seu genoma inteiramente sequenciado, os pesquisadores compararam a semelhança no nível de sequencia dos transcritos montados por bioinformática com plantas geneticamente próximas – como o sorgo – e com informações presentes em bancos internacionais de dados genéticos. O grupo identificou funcionalidades em 53% dos transcritos.

O trabalho, que foi publicado no periódico BMC Plant Biology, identificou que 2416 genes possuem diferentes abundâncias relativas entre os distintos segmentos da folha  e, portanto, podem estar envolvidos diretamente no estabelecimento da atividade fotossintética da cana-de-açúcar à medida que as células amadurecem, em direção à ponta da folha. Muitos desses genes são específicos a cada um dos segmentos foliares, sendo responsáveis pela identidade de cada região da folha. Ainda mais importante, o grupo identificou um subgrupo de 14 genes presentes em todos os segmentos, apesar de possuírem abundâncias distintas ao longo do gradiente de desenvolvimento.

Para Lucia Mattiello, que atualmente desenvolve pesquisa na Unicamp, o diferencial do trabalho desenvolvido no CTBE é que a pesquisa molecular de cana-de-açúcar sempre focou, em grande medida, no desenvolvimento do colmo e no acúmulo de sacarose. As folhas, principal fonte da sacarose acumulada, foram estudadas de forma superficial ou como complemento para respostas fisiológicas a estímulos ambientais, como por exemplo o déficit hídrico. “Este trabalho foi o primeiro que buscou as bases genéticas do desenvolvimento da folha de cana. Nossos resultados mostram que os dados adquiridos em pesquisas com outras espécies utilizadas para a produção de etanol não podem ser diretamente extrapolados para a cana, por isso estudos moleculares em cana necessitam de incentivos”, explicou Mattiello.

Liberação dos dados brutos para estudos posteriores

Outro aspecto relevante da pesquisa desenvolvida é que todos os dados brutos relacionados ao sequenciamento de nova geração foram integralmente liberados para serem utilizados por outros pesquisadores do mundo inteiro. “Nós nos esforçamos muito para liberar os dados brutos, pois os estudos sobre transcriptômica global de cana-de-açúcar são raros no Brasil e muitos deles não têm os dados completamente liberados. Desta forma, contribuímos para a democratização dos estudos científicos em genômica funcional em cana-de-açúcar”, explica Riaño-Pachón.

Os pesquisadores do CTBE publicaram os dados brutos de sequenciamento no Sequence Read Archive (SRA), um banco de dados mundial mantido pelo National Center for Biotechnology Information (NCBI), nos Estados Unidos. Já os dados do transcriptoma montado foram publicados no Transcriptome Shotgun Assembly (TSA), também do NCBI. Por fim, os genes comuns ou ortólogos, os níveis de expressão e a anotação funcional dos genes foram disponibilizados como material suplementar do artigo publicado. A equipe do projeto também possui um website com esses dados: http://bce.bioetanol.cnpem.br/sugarcanetranscriptome, o artigo pode ser encontrado com o DOI: 10.1186/s12870-015-0694-z

O trabalho publicado recebeu apoio financeiro da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), através de um Auxílio a Pesquisa Regular.