Cientistas descobrem segredos de ADN para melhorar as caraterísticas das culturas de milho
A descoberta poderá permitir aos cientistas utilizar novas tecnologias para melhorar o milho, tornando-o mais resistente e produtivo
Uma equipa que inclui cientistas da Rutgers University-New Brunswick desvendou alguns dos segredos do ADN do milho, revelando como secções específicas do material genético controlam caraterísticas vitais como a arquitetura da planta e a resistência a pragas. A descoberta poderá permitir aos cientistas utilizar novas tecnologias para melhorar o milho, tornando-o mais resistente e produtivo, afirmaram os cientistas.
Num relatório publicado na revista científica Nature Plants, os investigadores descreveram a descoberta do local onde certas proteínas, denominadas factores de transcrição, se ligam ao ADN das plantas de milho e o modo como esta ligação altera a forma como os genes são ligados ou desligados num determinado tecido. Os investigadores analisaram duas linhas de milho e descobriram grandes diferenças nestes pontos da sequência de ADN, o que, segundo eles, pode ajudar a explicar por que razão as plantas têm um aspeto e um comportamento diferentes.
"Neste trabalho, descobrimos onde os factores de transcrição se ligam no genoma e, por conseguinte, influenciam a expressão dos genes do milho", afirmou Andrea Gallavotti, professor do Instituto de Microbiologia Waksman e autor do estudo. "É importante salientar que fizemos esta análise em duas linhas distintas de milho que são diferentes em muitos aspectos, incluindo a resistência a doenças e a arquitetura".
Na América do Norte, "milho" e "maize" referem-se ao mesmo grão de cereal. No entanto, "milho" é o termo mais reconhecido internacionalmente e cientificamente preferido, disse Gallavotti, também professor do Departamento de Biologia Vegetal da Escola de Ciências Ambientais e Biológicas da Rutgers.
O milho está presente em muitos aspectos da vida quotidiana em todo o mundo. É um alimento básico para muitas culturas em todo o mundo e é rico em hidratos de carbono, fibras, vitaminas e minerais. Tem também importantes aplicações industriais - utilizado como alimento para o gado, para a produção de plásticos biodegradáveis, adesivos e têxteis, e para produzir etanol.
A investigação é um esforço de colaboração entre cientistas da Rutgers e da Universidade de Nova Iorque, liderados por Shao-shan Carol Huang, e de outras instituições, que se dedicam a investigar o genoma do milho, extremamente complexo e de grandes dimensões. Esta parceria tem sido fundamental para o avanço da compreensão do que regula quando e onde os genes são activados e desactivados no milho, disse Gallavotti.
A equipa começou por tentar compreender melhor a forma como os factores de transcrição modulam os genes do milho, ajustando, regulando ou controlando o seu nível de atividade. Ao analisar grandes quantidades de dados bioinformáticos, criaram um mapa dos locais de ligação dos factores de transcrição no genoma do milho. Os factores de transcrição ligam-se a partes especiais do ADN da planta do milho chamadas regiões cis-reguladoras.
Quando os investigadores dispuseram desta informação, puderam comparar estes locais de ligação em diferentes linhas de milho para compreender as variações. A equipa comparou dois tipos diferentes de plantas de milho, B73 e Mo17, no estudo.
"Descobrimos que existem grandes diferenças no local onde os factores de transcrição se ligam e na organização destas regiões cis-reguladoras nos dois tipos de milho", disse Gallavotti. "Estas diferenças afectam a expressão dos genes e as caraterísticas resultantes são uma importante fonte de variação no milho".
Utilizando uma ferramenta biológica extremamente precisa conhecida como CRISPR-Cas9, a equipa editou algumas destas regiões do ADN e estudou os efeitos das alterações na planta, incluindo num gene que regula a resistência aos vermes da espiga.
CRISPR é a sigla de clustered regularly interspaced short palindromic repeats (repetições palindrómicas curtas regularmente espaçadas). É um mecanismo de defesa natural encontrado nas bactérias, utilizado para se protegerem dos vírus. Os cientistas adaptaram este sistema para ser utilizado na edição de genes.
O sistema envolve dois componentes-chave. O ARN CRISPR é uma molécula que guia o sistema para a sequência de ADN específica que precisa de ser editada. A Cas9 é uma enzima ou proteína que actua como uma tesoura molecular para cortar o ADN no local pretendido.
"A variação nestas regiões cis-reguladoras foi crucial para a domesticação e melhoramento de muitas culturas", disse Gallavotti. "Atualmente, tecnologias como a CRISPR-Cas9 permitem-nos introduzir alterações em determinadas caraterísticas, e as regiões cis-reguladoras são alvos importantes para essas alterações."
Até agora, o desafio para os cientistas tem sido descobrir o que é que se pretende atingir.
"A nossa análise ajuda a mapear e a estudar estas regiões, que podem ser utilizadas para melhorar as espécies cultivadas", afirmou Gallavotti. "Esperamos que este recurso possa ser utilizado para selecionar regiões específicas para qualquer caraterística. Pode ser a resistência ao stress, a resistência às pragas, a modificação da arquitetura de uma planta."
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Publicação original
Mary Galli, Zongliang Chen, Tara Ghandour, Amina Chaudhry, Jason Gregory, Fan Feng, Miaomiao Li, Nathaniel Schleif, Xuan Zhang, Yinxin Dong, Gaoyuan Song, Justin W. Walley, George Chuck, Clinton Whipple, Heidi F. Kaeppler, Shao-shan Carol Huang, Andrea Gallavotti; "Transcription factor binding divergence drives transcriptional and phenotypic variation in maize"; Nature Plants, Volume 11, 2025-6-12
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