Pesquisadores do Centro de Biotecnologia e Genômica Vegetal (CBGP, UPM-INIA), em colaboração com a Universidade de Lleida-Agrotecnio e a Instituição Catalã de Pesquisa e Estudos Avançados (ICREA), conseguiram produzir os primeiros cereais transgênicos que expressam duas componentes-chave da nitrogenase, a enzima que fixa o nitrogênio atmosférico convertendo-o em amônia.
Cada componente foi produzido em uma linha de planta transgênica separada e mostrou ser biologicamente ativo in vitro ou em plantas vivas. Essas plantas transgênicas ainda não podem fixar seu próprio nitrogênio porque componentes adicionais são necessários para reconstruir a enzima nitrogenase completa, mas o trabalho é inovador porque demonstra pela primeira vez que é possível expressar essas proteínas altamente sensíveis ao oxigênio de forma estável em plantas, e que as proteínas mantenham suas atividades.

As culturas requerem nitrogênio para crescimento e produtividade porque é um componente importante do DNA, proteínas, clorofila e moléculas de armazenamento de energia, como trifosfato de adenosina (ATP). A maioria das plantações depende do fornecimento de nitrato e amônio de fertilizantes sintéticos industriais, mas mais da metade desses insumos permanecem não assimilados, transbordando ou lixiviando em rios e lagos como uma das principais fontes de poluição.

Leguminosas como ervilhas e feijões abrigam bactérias que convertem gás nitrogênio diretamente em amônia usando uma enzima chamada nitrogenase. Este processo é conhecido como fixação biológica de nitrogênio. A introdução de genes de nitrogenase em plantas cultivadas forneceria o maquinário necessário para fixar nitrogênio de forma independente. No entanto, o processo é extremamente complexo porque muitas proteínas individuais diferentes são necessárias não apenas como componentes estruturais diretos da nitrogenase, mas também proteínas acessórias necessárias para sua montagem e fornecimento de energia. Os principais componentes proteicos também são extremamente sensíveis ao oxigênio.

Os pesquisadores superaram esse gargalo crítico produzindo a dinitrogenase redutase funcional (proteína Fe, NifH) e o cofator nitrogenase maturase (NifB) em linhas de arroz transgênicas separadas. A pesquisa sobre a expressão da nitrogenase é geralmente conduzida em plantas modelo de laboratório. No entanto, ao focar no arroz, uma importante cultura básica que fornece a principal ou única fonte de calorias para mais de 2,5 bilhões de pessoas nos países em desenvolvimento, a importância e o impacto dos resultados dos estudos aumentam substancialmente.

O principal investigador do projeto, Dr. Luis Rubio, diz:"Este é um grande avanço da bioengenharia, pois derruba dois obstáculos técnicos e mostra o caminho para fazer cereais fixadores de nitrogênio". A conquista remove uma das principais restrições que dificultam a fixação biológica de nitrogênio nas culturas e prepara o terreno para a montagem de um complexo de nitrogenase completo e funcional nas plantas.

Trabalhos adicionais para estabelecer plantas contendo toda a nitrogenase teriam um impacto duradouro na segurança alimentar global. O Dr. Paul Christou, professor de pesquisa do ICREA e líder do projeto no Centro Agrotecnio da Universidade de Lleida, diz:"Um dos maiores impactos do trabalho a longo prazo será em países de baixa e média renda, que não podem pagar custos fertilizantes nitrogenados."

A pesquisa relacionada foi publicada em Communications Biology e ACS Biologia Sintética . + Explorar mais

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