Geneticamente “cure” uma planta de cultivo infértil para torná-la fértil novamente

As mitocôndrias são uma das três organelas que contêm material nuclear. O núcleo e o cloroplasto são os outros dois. Os cientistas já fizeram modificações bem-sucedidas no DNA nuclear desde os anos 1970. Em seguida, outra equipe de pesquisadores foi pioneira na modificação do DNA do cloroplasto em 1988. No entanto, em termos de DNA mitocondrial, os pesquisadores só conseguiram animais, mas não plantas. A primeira modificação bem-sucedida do DNA mitocondrial animal ocorreu em 2008. Então, recentemente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tóquio aparentemente mostrou sucesso ao fazê-lo também no DNA mitocondrial de plantas. Nesse caso, foi a primeira vez.

Basicamente, o DNA mitocondrial é o material genético das mitocôndrias que carrega o código para a fabricação de RNA e proteínas essenciais para as várias funções daquela organela. Uma vez que uma mitocôndria tem seu próprio material genético, ela é descrita como semi-autônomo, auto-reprodutor organela.

Primeira modificação do DNA mitocondrial de uma planta

Pesquisadores da Universidade de Tóquio desenvolveram ferramentas genéticas que podem editar o DNA mitocondrial das plantas. Consequentemente, eles desenvolveram quatro novas linhas de arroz e três novas linhas de colza (canola) usando sua técnica. Entre os genes mitocondriais de plantas e animais, os das plantas são maiores e mais complexos. O professor Arimura explicou que os genes mitocondriais nas plantas são mais complicados de uma forma que algumas mitocôndrias têm genes duplicados, enquanto outras não os possuem. Assim, manipular o genoma mitocondrial da planta se mostrou mais desafiador. A colaboração deles com outros pesquisadores, principalmente da Tohoku University e Tamagawa University, os levou a usar a técnica. mitoTALS. Com ele, eles conseguiram manipular genes mitocondriais em plantas.¹ Para conhecer seus métodos em detalhes, você pode ler sua obra publicada. aqui.

As mitocôndrias das plantas se movem rapidamente ao redor da célula (Arabidopsis célula epidérmica da folha). Feito artificialmente para brilhar em verde para mostrar sua velocidade real. Vídeo de Shin-ichi Arimura CC-BY

O que a modificação do DNA mitocondrial nas plantas pode fazer?

Após a edição bem-sucedida do DNA mitocondrial da planta, qual poderia ser a próxima grande novidade? O professor associado Shin-ichi Arimura, líder da equipe de pesquisa, estava genuinamente animado com a conquista. Com uma piada ele disse, “Sabíamos que tínhamos sucesso quando vimos que a planta do arroz era mais educada, tinha uma reverência profunda” – o que implica que uma planta fértil de arroz dobraria mais devido ao maior peso das sementes que produziria.^1,3

A fraca diversidade genética nas plantações pode representar uma ameaça à sobrevivência das espécies ao longo do tempo. Como um efeito dominó, é más notícias ao nosso suprimento de alimentos. Portanto, sua equipe espera usar sua técnica, fornecendo soluções que podem melhorar significativamente a diversidade genética nas culturas e, portanto, melhorar a sobrevivência e o desempenho das espécies de plantas. Arimura disse ainda, “Ainda temos um grande risco agora porque há tão poucos genomas mitocondriais de plantas usados ​​no mundo.”¹ Além disso, ele mencionou o uso de sua técnica para adicionar a diversidade de DNA mitocondrial muito necessária entre as plantas.

Esterilidade masculina citoplasmática

Esterilidade masculina citoplasmática (CMS) refere-se à esterilidade masculina em plantas por não produzir pólen, anteras ou gametas masculinos funcionais. Ocorre naturalmente, embora raramente e provavelmente envolva certas interações nucleares e mitocondriais.⁴ No entanto, outros acreditam que o CMS é causado principalmente por genes mitocondriais de plantas.¹ Em particular, a presença do gene CMS leva a essa condição nas plantas. Portanto, a remoção do gene CMS poderia tornar a planta fértil novamente. Isso é apenas um começo, mas eles já estão otimistas de que com sua técnica poderão melhorar as linhas de cultivo e, conseqüentemente, garantir o abastecimento de alimentos.

Um gene mitocondrial que causa infertilidade masculina citoplasmática foi removido usando uma técnica de mitoTALENs. O arroz infértil (à direita) permanece reto, mas o arroz fértil (à esquerda) dobra sob o peso de sementes pesadas. Imagem de Tomohiko Kazama, CC-BY

– escrito por Maria Victoria Gonzaga

Leitura recomendada: Nock, C. J., et al. (2010). Sequências do genoma do cloroplasto de DNA total para identificação de plantas. Plant Biotechnology Journal, 9 (3), 328-333. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2010.00558.x‌.

Leia mais artigos como este aqui: Journal of Plant Biotechnology.

Referências

¹ Universidade de Tóquio. (2019, 8 de julho). Os pesquisadores podem finalmente modificar o DNA mitocondrial das plantas: a ferramenta pode garantir a diversidade genética
das colheitas. Ciência diária. Obtido de[[[[Ligação]

^dois Arimura, S. -i., Yamamoto, J., Aida, G. P., Nakazono, M. e Tsutsumi, N. (2004). Fusão e fissão freqüentes de mitocôndrias de plantas com distribuição desigual de nucleóides. procedimentos da Academia Nacional de Ciências, 101(vinte),
7805-7808.[[[[Ligação]

³ Pesquisadores podem finalmente modificar o DNA mitocondrial nas plantas | A Universidade de Tóquio. (2019). Obtido no site da Universidade de Tóquio: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00057.html

⁴ Campo, C. (1999). Biologia de coenospecies de Brassica. Amsterdam Nova York: Elsevier. pp. 186-89.