Uma equipe liderada pelo geneticista de soja da Universidade Purdue, Jianxin Ma, desenvolveu uma nova ferramenta biotecnológica para a domesticação de características desejáveis ​​da soja selvagem, como a resistência a pragas de insetos cigarrinhas. A utilização de tais ferramentas, denominada domesticação de novo, torna mais fácil para os cientistas conceberem melhorias nas colheitas a partir da soja selvagem.



"A domesticação de uma cultura especial de seu progenitor selvagem costumava levar milhares de anos para os antigos agricultores. Agora, pode levar apenas alguns anos", disse Ma, professor de agronomia e presidente da Indiana Soybean Alliance em Melhoramento da Soja. Usando parentes da soja selvagem, os cientistas podem usar métodos de edição genética para modificar genes que criam novas variedades mais adequadas para a produção agrícola.

Tornar isso possível é a descoberta de dois longos genes de RNA não codificantes (lncRNA) com uma propriedade incomum. Os genes compartilham o mesmo locus genético – eles ficam lado a lado no mesmo cromossomo. Mas esses genes controlam múltiplas características. Geralmente, um gene controla uma característica.

Ma e 12 coautores de Purdue e outras instituições nos EUA e na China relataram seus resultados na Nature Genetics . O estudo identifica os primeiros genes longos de RNA não codificantes em qualquer espécie de planta ou animal domesticado que pode ser alvo de seleção humana.

O coautor Blake Meyers, da Universidade da Califórnia, Davis, destacou como o trabalho integrou diferentes abordagens e descobertas relacionadas ao lncRNA.

"O uso de uma abordagem mais tradicional para mapear características agronômicas na soja levou à descoberta de uma base molecular única e compartilhada. As características são diversas e incluem o tamanho das folhas e do caule, mas também a resistência a insetos", disse Meyers, ilustre professor de ciências vegetais da Universidade da Califórnia em Davis.

"Acontece que essas características são reguladas de maneira incomum, por genes que não parecem produzir uma proteína, ao contrário da maioria dos genes, e em vez disso produzem longos RNAs não codificantes. O laboratório de Jianxin fez um belo trabalho ao caracterizar o mecanismo regulador e as etapas que levaram ao surgimento evolutivo deste locus genético único", disse Meyers.

O coautor Randall Nelson, professor emérito de melhoramento de soja na Universidade de Illinois Urbana-Champaign, elogiou o sinergismo entre programas de pesquisa que produziram resultados que provavelmente não teriam sido alcançados individualmente.

"Meu programa é amplamente baseado em campo e desenvolvemos uma população única de linhagens a partir de um cruzamento entre soja e soja selvagem para mapear genes associados à domesticação. O laboratório de Jianxin foi capaz de usar criativamente essas linhagens para identificar um novo controle genético das principais diferenças entre soja e soja selvagem", disse Nelson.

“Estes resultados não só contribuem para a nossa compreensão de modos alternativos de controlo genético, mas também contribuem para a nossa compreensão da domesticação”, disse ele. “No futuro, esses resultados ajudarão no processo de utilização da diversidade genética inexplorada da soja selvagem”.

Os antigos agricultores domesticaram a variedade moderna de soja amplamente produzida – chamada Glycine max, de Glycine soja, uma espécie selvagem – há séculos. Os genes lncRNA recém-descobertos são altamente expressos na soja selvagem.

"Altamente expresso significa que eles podem fazer mais cópias de RNA mensageiro com estruturas específicas para produzir mais cópias de RNA pequeno, que inibem a expressão de vários genes codificadores de proteínas subjacentes a essas características relacionadas à domesticação. Mas esses dois genes são mal expressos na soja cultivada, " Mamãe disse. “Eles são funcionais na soja selvagem, mas não o são agora na soja cultivada porque uma mutação ocorreu naturalmente”.

A soja selvagem tem pequenas sementes, flores e folhas. Tudo fica maior na soja cultivada. A forma pubescente da soja cultivada também produz caules e folhas mais longos em formas que conferem resistência a pragas de insetos, como cigarrinhas.

Na domesticação de culturas, os agricultores selecionam plantas para aumentar a sua adequação às necessidades humanas. Eles buscam características como sabor e plantas com sementes maiores e com mais sementes que levem a maior produtividade. O processo de domesticação, porém, reduz a diversidade genética, base da criação moderna.

A soja domesticada moderna sofre com esta diversidade genética reduzida, colocando uma nova urgência na compreensão da diversidade genética mais ampla das espécies selvagens. Com o conhecimento dos genes responsáveis ​​por diversas características, os geneticistas da soja podem utilizar métodos moleculares para integrá-los em novas variedades domesticadas.

A tecnologia de edição genética aumenta a sua capacidade de traduzir a investigação básica no desenvolvimento de novas variedades de soja com melhor composição de sementes, características nutricionais, teor de óleo, proteínas e aminoácidos essenciais, por exemplo.

“Consideramos nossa equipe como pesquisadores de genes para encontrar variações genéticas para o cultivo de soja melhor para os agricultores em Indiana e em todo o país”, disse Ma. "Nosso laboratório e colegas identificaram anteriormente vários genes subjacentes a outras características relacionadas à domesticação. Esse conhecimento coletado tornou viável a domesticação de novo da soja selvagem e seus parentes."

Mais informações: Weidong Wang et al, RNAs não codificantes longos fundamentam múltiplas características de domesticação e resistência à cigarrinha na soja, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01738-2
Informações do diário: Genética da Natureza

Fornecido pela Purdue University