Vivemos em um mundo em constante mudança e crescimento. As alterações climáticas, as pragas emergentes e outros factores de stress ambiental pressionam as culturas comerciais que alimentam e abastecem o mundo. À medida que corremos para satisfazer a crescente procura de culturas alimentares e de fibras sustentáveis ​​e de alta qualidade, a genómica está a emergir como uma ferramenta poderosa na luta. Ao compreender os códigos genéticos das plantas, os investigadores e criadores podem desenvolver culturas com maior rendimento, maior resistência a pragas e doenças e maior adaptabilidade aos desafios ambientais.



O melhoramento informado pelo genoma beneficia principalmente as culturas com recursos genómicos de alta qualidade existentes, como o arroz e o trigo. No entanto, as culturas com recursos genómicos menos maduros devem continuar a depender de métodos de melhoramento tradicionais, que por vezes sofrem devido à falta de diversidade genómica nas populações de melhoramento.

O algodão, uma cultura comercial vital em todo o mundo, carece de recursos genómicos robustos. A indústria do algodão é um grande negócio, com um impacto económico global de 600 mil milhões de dólares e proporcionando emprego a mais de 250 milhões de pessoas. A produção bem-sucedida de algodão depende de variedades de algodão com características desejáveis, como alto rendimento, boa qualidade de fibra, resistência a pragas e doenças e tolerância à seca.

“Os criadores de algodão melhoraram o rendimento e a qualidade da fibra ao longo dos anos usando métodos de melhoramento tradicionais”, diz Jeremy Schmutz, codiretor do HudsonAlpha Genome Sequencing Center, que trabalha na genômica do algodão há mais de uma década. “Alcançar melhorias adicionais pode ser difícil para eles devido à falta de variação genética no algodão domesticado moderno. A criação de novas ferramentas genômicas para a indústria ajudará a levar as melhorias do algodão para o próximo nível”.

Cientistas do Centro de Sequenciamento do Genoma do Instituto HudsonAlpha de Biotecnologia (GSC) e outros colaboradores se propuseram a criar sequências genômicas de alta qualidade para três importantes variedades de algodão, fornecendo os recursos genômicos necessários para os produtores de algodão. Os resultados foram publicados recentemente em Nature Plants .

“A investigação do algodão baseou-se fortemente num genoma de referência, 'TM1', uma variedade de algodão que já não é amplamente utilizada em programas de melhoramento”, diz Avinash Sreedasyam, Ph.D., primeiro autor do manuscrito. "Para que o melhoramento molecular beneficie a indústria do algodão, devem existir muitos e variados genomas para representar a diversidade das variedades de algodão. Este estudo gerou genomas de referência de alta qualidade para três cultivares modernas de algodão herbáceo e atualizou a genética do algodão 'TM-1' referência padrão."

A análise inicial dos novos genomas de referência produziu informações importantes sobre a qualidade da fibra. Os conjuntos de genoma altamente precisos e completos foram usados ​​para identificar material genético do algodão Pima (conhecido pela qualidade superior da fibra) em variedades modernas de algodão. Pequenos segmentos de cada genoma foram comparados ao Pima e ao genoma de referência do algodão.

Os segmentos que correspondiam mais ao Pima do que ao algodão de referência foram classificados como potenciais introgressões, sugerindo que o ADN do Pima tinha sido incorporado na composição genética do algodão moderno. O conhecimento dessas introgressões Pima ajudará os criadores a selecionar eficientemente a progênie com esses marcadores genéticos ligados à qualidade da fibra em seus programas de melhoramento.

“Aproveitar o sequenciamento passa-baixo relativamente barato junto com esses genomas permite que os criadores selecionem a progênie rapidamente”, diz Sreedasyam. "Isso não só economizará tempo, mas também reduzirá os custos associados à fenotipagem tradicional de fibras, um processo trabalhoso que geralmente requer centenas a milhares de amostras por ciclo de reprodução."

Essas descobertas destacam a importância do uso de conjuntos detalhados de genoma para descobrir variações genéticas que podem melhorar os programas de melhoramento do algodão. Quanto mais estes novos genomas de alta qualidade forem utilizados em estudos comparativos, mais informações surgirão sobre características economicamente importantes do algodão. Os recursos genómicos descritos neste estudo representam uma adição valiosa ao kit de ferramentas de melhoramento do algodão e colherão benefícios nos próximos anos.

Os colaboradores deste projeto incluem Don C. Jones, Cotton Incorporated, NC; Peng W. Chee, Universidade da Geórgia, Tifton, GA; Warwick N. Stiller, CSIRO, Unidade de Pesquisa de Algodão, Austrália; e Fred Bourland, Universidade de Arkansas, Keiser, AR.