Fonte: BBC Future

À medida que as temperaturas globais aumentam e os fenómenos climáticos extremos se tornam mais comuns, poderá a edição genética ajudar a ajustar as nossas plantas alimentares para que possam lidar com as mudanças?

À primeira vista, parecia qualquer outra planta que pode ser encontrada crescendo nos cantos dos escritórios ou nos parapeitos das janelas dos laboratórios universitários. Mas este tomate em particular, cultivado em 2018 na Universidade de Minnesota, era diferente. O emaranhado espesso de folhas alongadas e pequenos frutos vermelhos era característico de uma espécie selvagem de tomateiro nativo do Peru e do Equador chamada Solanum pimpinellifolium, também conhecida como tomate de groselha. Uma inspeção mais detalhada, no entanto, tornou a singularidade da planta mais aparente.

Esta planta em particular era mais compacta, com menos ramos, mas mais frutos do que o tomate selvagem. Seus frutos também eram um pouco mais escuros do que eram. normalmente, um sinal de aumento de licopeno – um antioxidante ligado a um menor risco de câncer e doenças cardíacas. Na verdade, ele foi projetado dessa forma.

A planta foi criada pelo geneticista Tomas Cermak e seus colegas com o uso da edição genética Crispr, uma tecnologia ganhadora do Prêmio Nobel que funciona como um “recortar e colar” ferramenta para material genético. A técnica está agora revolucionando a agricultura e ajudando a criar culturas para o futuro.

O próprio Cermak tem a missão de encontrar um tomate perfeito, que seja fácil de cultivar, nutritivo e saboroso, mas que seja mais adaptável às mudanças climáticas. “A planta ideal seria resistente a todas as formas de estresse – calor, frio, sal e seca, bem como a pragas”, disse ele. ele diz.

As alterações climáticas representam problemas para muitas culturas e o tomate não é exceção. Os tomates não gostam de calor, crescendo melhor entre 18C (64F) e 25C (77F). Cruze qualquer um dos lados desse limite e as coisas começarão a piorar: o pólen não se forma adequadamente, as flores não se transformam em frutos em do jeito que deveriam. Quando o mercúrio ultrapassa os 35°C (95°F), a produção começa a cair. Um estudo de 2020 mostrou que, em meados do século 21, até 66% das terras na Califórnia, historicamente usadas para o cultivo de tomates, podem não ter mais temperaturas adequadas para a cultura. Outros estudos de modelagem sugerem que, até 2050, grandes áreas de terra no Brasil, na África Subsaariana, na Índia e na Indonésia também não terão mais um clima ideal para o cultivo de tomates.

É claro que, à medida que as temperaturas médias aumentam, outras regiões, anteriormente muito frias, podem tornar-se amigas do tomate. No entanto, as observações em Itália mostram que os extremos climáticos também são algo a considerar. A época de cultivo de 2019 no norte de Itália foi marcada por granizo, ventos fortes, precipitações invulgarmente elevadas e geadas e calor excepcionais. O resultado foi plantas de tomate estressadas e colheitas ruins.

E há mais. A escassez de água, que obriga os agricultores a usar água de irrigação de qualidade inferior, muitas vezes contendo sal, leva ao aumento da salinidade do solo – algo que as cultivares comerciais de tomate não gostam. Enquanto isso, níveis mais altos de ozônio tornam os tomates mais suscetíveis a doenças como a mancha bacteriana nas folhas.

Tudo isso é preocupante, especialmente considerando que o tomate é atualmente a maior cultura hortícola do mundo – a humanidade produz 182 milhões de toneladas da fruta todos os anos, equivalente ao peso de quase 32 Grandes Pirâmides de Gizé. Além disso, nosso apetite por tomates está crescendo rapidamente. Nos últimos 15 anos, a produção global de tomates aumentou mais de 30%.< /span>

Além de ser a fruta favorita da humanidade, o tomate também é uma cultura modelo: é de crescimento rápido, fácil de produzir e relativamente simples de manipular a nível genético. “Há mais financiamento disponível para pesquisa do que para outras espécies de plantas desenvolverem recursos como sequências de genoma, engenharia genética e edição de genes para tomate”, disse ele. diz Joyce Van Eck, geneticista de plantas do Instituto Boyce Thompson em Nova York. Em conjunto, isto torna os tomates perfeitos para o estudo de novas tecnologias de edição genética, como o Crispr, que poderá trazer-nos muitas culturas adaptadas ao clima num futuro próximo.

Uma vez identificados genes inteligentes para o clima como esses, eles podem ser direcionados usando o Crispr para excluir certos genes indesejados, ajustar outros ou inserir novos.

Crispr é uma caixa de ferramentas moleculares que os cientistas adaptaram a partir de bactérias – quando as bactérias são atacadas por vírus, elas capturam e cortam o DNA viral para evitar que o agressor seja capaz de se replicar e assim combatê-lo. Em uso em plantas desde 2013, o Crispr agora permite que os pesquisadores modifiquem o genoma com extrema precisão e exatidão para obter as características que desejam. Você pode inserir genes, excluí-los e criar mutações direcionadas. Em animais não humanos, o Crispr está sendo usado para o estudo de modelos de doenças humanas, para melhorar a pecuária e pode até mesmo ser potencialmente usado para ressuscitar espécies extintas. Nas plantas, pode ajudar a criar culturas melhores, mais saborosas, mais nutritivas e mais resistentes.

O primeiro passo é encontrar os genes certos para atingir. “Precisamos identificar os genes responsáveis ​​ou envolvidos na capacidade de resistir ao estresse abiótico e biótico porque, caso contrário, não poderemos alterá-los, modificá-los ou eliminá-los usando a edição genética”, disse ele. diz Richard Visser, geneticista de plantas da Universidade de Wageningen, na Holanda.

A domesticação de culturas, incluindo o tomate, levou a uma enorme perda de diversidade genética. Os cultivares comerciais modernos podem ser de cultivo rápido e fáceis de colher, mas geneticamente falando são simples e simples. Apenas quatro culturas altamente homogeneizadas – soja, arroz, trigo e milho – dominam a agricultura global, representando mais de metade de toda a produção agrícola do mundo. terra.

Em contraste, os seus primos selvagens – bem como as chamadas raças locais (variedades tradicionais adaptadas a locais específicos) – são uma caixa do tesouro de diversidade genética. É por isso que os cientistas pesquisam agora este conjunto genético para identificar características que possam ser reintroduzidas em plantas comerciais – um processo muito ajudado pela rápida queda dos custos das tecnologias de sequenciação de ADN.

Um estudo de 2021 analisou o genoma de Solanum sitiens , uma espécie de tomate selvagem que cresce no ambiente extremamente hostil do deserto do Atacama, no Chile, e pode ser encontrado em altitudes de até 3.300 m (10.826 pés). O estudo identificou vários genes relacionados à resistência à seca em Solanum sitiens, incluindo um apropriadamente chamado YUCCA7 (a mandioca são arbustos e árvores resistentes à seca, populares como plantas domésticas).

Eles estão longe de ser os únicos genes que poderiam ser usados ​​para dar um impulso ao humilde tomate. Em 2020, cientistas chineses e americanos realizaram um estudo de associação genômica ampla de 369 cultivares, linhagens e raças locais de tomate e identificaram um gene chamado SlHAK20 como crucial para a tolerância ao sal.

Uma vez identificados genes inteligentes para o clima como esses, eles podem ser direcionados usando o Crispr para excluir certos genes indesejados, ajustar outros ou inserir novos. Isso foi feito recentemente com tolerância ao sal, resistência a vários patógenos do tomate. , e até mesmo para criar plantas anãs que pudessem resistir a ventos fortes (outro efeito colateral das mudanças climáticas). No entanto, cientistas como Cermak vão ainda mais longe e começam pelas raízes – estão a usar o Crispr para domesticar espécies de plantas selvagens a partir do zero, “de novo” em ciência falar. Eles não só conseguem em uma única geração o que antes levava milhares de anos, mas também com uma precisão muito maior.

A Domesticação de novo de Solanum pimpinellifolium foi como Cermak e seus colegas da Universidade de Minnesota chegaram à sua fábrica de 2018. Eles miraram cinco genes nas espécies selvagens para obter um tomate que ainda fosse resistente a vários estresses, mas mais adaptado à agricultura comercial moderna – mais compacto para colheita mecânica mais fácil, por exemplo. A nova planta também tinha frutos maiores que a planta original.

“O tamanho e o peso eram quase o dobro”, disse. Cermak diz. No entanto, este ainda não era o tomate ideal que ele se esforçava por obter – para isso é necessário mais trabalho. “Ao adicionar genes adicionais, poderíamos tornar a fruta ainda maior e mais abundante, aumentar a quantidade de açúcar para melhorar o sabor e a concentração de antioxidantes, vitamina C e outros nutrientes”, disse ele. ele diz. E, claro, resistência a diversas formas de estresse, desde calor e pragas até correntes de ar e salinidade.

A domesticação de novo também poderia tornar as culturas órfãs mais atrativas. São plantas cultivadas em escala limitada, mas que têm um grande potencial para ajudar na segurança alimentar. Groundcherry, um primo selvagem do tomate que produz frutos silvestres sutilmente doces, é uma dessas culturas que foi recentemente domesticada com a tecnologia Crispr. Num futuro próximo, a domesticação de novo poderá levar culturas como o feijão nhemba, o sorgo e o teff – todos cereais nativos de África – a um público muito mais vasto em todo o mundo. O Crispr também está sendo usado agora para melhorar várias outras plantas, desde bananas e uvas até arroz e pepino.

Alguns cientistas acreditam que a edição genética do Crispr marca o início da segunda revolução verde para ajudar a alimentar a população humana em rápido crescimento. No entanto, embora a tecnologia seja uma grande promessa para a melhoria das colheitas, “não é uma poção milagrosa”, diz Visser. Ainda há obstáculos técnicos a serem resolvidos.

“A eficiência da edição pode ser um problema em algumas espécies agrícolas”, disse ele. Van Eck diz. Ao contrário das plantas diplóides como o tomate (que possuem cromossomos emparelhados), aquelas que possuem mais de dois conjuntos pares de cromossomos (conhecidas como poliplóides, como o trigo), são muito mais difíceis de trabalhar. “Você basicamente tem mais cópias de um gene em poliplóides que precisam ser afetados pelo Crispr do que em um diplóide”, disse ele. Van Eck acrescenta.

A regulamentação e a aceitação social também são um problema. As plantas modificadas com Crispr podem ser “livres de transgenes” – o que significa que, ao contrário das culturas geneticamente modificadas (GM) tradicionais, aquelas criadas pela tecnologia Crispr não contêm ADN de uma espécie diferente (ou seja, transgénicas) – isto porque a tecnologia envolve simplesmente a eliminação de genes, ou pode envolver a inserção de genes de variedades diferentes da mesma espécie (como está sendo feito com tomates).

No entanto, os poucos estudos existentes sobre a aceitação de produtos alimentares editados pelo Crispr mostram um quadro misto. Em uma pesquisa entre países realizada nos EUA, Canadá, Bélgica, França e Austrália, as pessoas perceberam os alimentos editados pelo Crispr e os geneticamente modificados de forma semelhante. No entanto, num estudo canadiano de 2020, os consumidores estavam mais dispostos a aceitar alimentos editados pelo Crispr.

E depois, há a lei. Embora em 2016 os cogumelos editados pelo Crispr tenham caído em uma brecha legal nos EUA e escapado da regulamentação, Europa’ O mais alto tribunal do país decidiu em 2018 que as culturas geneticamente editadas deveriam estar sujeitas às mesmas regulamentações rigorosas que regem os organismos geneticamente modificados convencionais.

Para o “tomate ideal” climaticamente inteligente da Cermak, tais obstáculos legais, aliados à hesitação do consumidor, podem revelar-se um grande obstáculo.