Estudo liderado por pesquisadores do Centro de Pesquisa em Genômica Aplicada às Mudanças Climáticas (GCCRC, na sigla em inglês) apresenta um panorama das tecnologias mais promissoras para inserir genes de forma precisa no genoma de plantas, especialmente milho.

A revisão, realizada em parceria com o Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) e a Embrapa Agricultura Digital, detalha como novas abordagens de engenharia genética podem tornar o processo mais rápido, preciso e efetivo. O estudo foi publicado na revista Frontiers in Plant Science.

O GCCRC é um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) financiado pela Fapesp e sediado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em parceria com a Embrapa. O centro busca o desenvolvimento de soluções genéticas e biotecnológicas para aumentar a tolerância de culturas agrícolas a estresses ambientais.

Uma das frentes de pesquisa do GCCRC é desenvolver plantas de milho transgênicas ou editadas tolerantes à seca. Entretanto, a inserção de genes de interesse ainda depende, majoritariamente, de processos incertos – o gene introduzido de forma aleatória pode ocorrer em regiões não seguras ou instáveis do genoma, o que torna o processo tradicional de produção de plantas geneticamente modificadas lento, oneroso e impreciso.

Somado a isso, as normas de biossegurança exigem que, em uma linhagem de interesse comercial, o transgene esteja em cópia única, íntegra e em uma área segura e estável do genoma.

“A estratégia de integração randômica de transgenes gera mais de 90% dos eventos transgênicos com inserção em posições indesejadas e atividade instável”, explica Marcos Basso, biotecnologista do GCCRC e autor do estudo. Dependendo do local, o gene pode ser expresso em excesso ou de menos, comprometendo sua função. Em certos casos, o próprio mecanismo molecular da planta pode silenciar o transgene.

“Portos seguros genômicos”

Para contornar essas limitações, o estudo revisa metodologias de inserção sítio-específica de transgenes e discute um conceito-chave: os “portos seguros genômicos”, que são regiões estáveis do genoma nas quais transgenes inseridos tendem a expressar seu máximo potencial e ser previsíveis. “Ao colocar o transgene nessas regiões intergênicas seguras, o transgene será expresso e transmitido para as próximas gerações”, afirma Juliana Yassitepe, pesquisadora da Embrapa Agricultura Digital e uma das autoras do estudo.

Dessa forma, é possível gerar menos plantas para selecionar uma linhagem de elite, reduzir o tempo e o custo de geração e aumentar a previsibilidade.

De acordo com outro estudo realizado pelo GCCRC, o desenvolvimento de uma linhagem comercial de milho transgênico pode levar entre 11 e 13 anos, com investimentos estimados entre US$ 50 milhões e US$ 136 milhões. “Já a geração de uma linha de elite usando metodologias de inserção sítio-específica de transgenes pode ser desenvolvida em até 10% do tempo, custo e esforço”, explica Basso.

A revisão destaca iniciativas pioneiras da empresa multinacional americana de biotecnologia agrícola Corteva Agriscience, que já identificou quatro desses “portos seguros” no milho. Inspirada por esses resultados, a equipe do GCCRC aplicou um software originalmente desenvolvido para leveduras, adaptando-o ao genoma do milho. O grupo identificou novos candidatos a “portos seguros” por meio de análises bioinformáticas e agora inicia a etapa experimental.

No GCCRC, uma das primeiras aplicações, segundo Yassitepe, será a inserção de genes associados à tolerância à seca, uma das principais ameaças à produção agrícola sob mudanças climáticas.

“Ao entender melhor onde e como inserir transgenes com precisão, damos um passo importante para desenvolver linhas de elite mais adaptadas e eficientes”, concluem os autores.

O estudo Recent advances in site-specific transgene insertion into the maize genome using recombinases and genome editing endonucleases pode ser lido aqui.

(*) Com informações de Paula Drummond, do GCCRC