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Ipê-roxo é primeira árvore do Cerrado a ter genoma sequenciado

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Foto: Evandro Novaes

Cientistas da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (DF) e da Universidade Federal de Goiás (UFG) sequenciaram, pela primeira vez, o genoma de uma espécie nativa do Cerrado: o ipê-roxo (Handroanthus impetiginosus). A conquista é tema de artigo publicado na revista GigaScience, da Universidade de Oxford, Reino Unido. O estudo teve apoio financeiro da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). 

Uma possível aplicação do sequenciamento genômico do ipê-roxo é auxiliar órgãos ambientais na análise forense para combater a exploração clandestina de madeira. Não é apenas a beleza do ipê-roxo que atrai os olhares dos mercados nacional e internacional. Trata-se de uma árvore que fornece madeira densa, de alta qualidade e resistente ao ataque de insetos e à ação do fogo. Todos esses predicados fazem com que o ipê seja conhecido hoje como o novo mogno, muito utilizado na fabricação de pisos, decks e assoalhos, principalmente nos Estados Unidos. Além disso, devido à produção e ao armazenamento de compostos químicos de interesse para a área de saúde, é uma árvore bastante visada para exploração de produtos medicinais. No Brasil, uma fração significativa da sua exploração madeireira acontece clandestinamente, sem manejo certificado. A genotipagem pode auxiliar os órgãos ambientais a rastrearem as árvores exploradas ilegalmente.

Segundo o pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, o físico Orzenil Silva-Junior, primeiro autor do artigo, o ipê-roxo foi escolhido pela sua importância ecológica no bioma, por já contar com informações técnicas importantes (caracterização molecular e análise filogeográfica preliminares), e também pelo grande acervo de material biológico adquirido graças à ampla coleta realizada pela professora Rosane Collevatti, do Laboratório de Genética & Biodiversidade da UFG. Orzenil explica que o sequenciamento do ipê-roxo não teria sido possível sem a expertise desse grupo com espécies nativas do Cerrado, que há anos trabalha na compreensão da distribuição das populações da espécie a partir de dados ecológicos, demográficos, geográficos e genéticos.

A pesquisa começou em 2013 e é fruto da cooperação científica entre Rosane Collevatti e o pesquisador da Embrapa Rercursos Genéticos e Biotecnologia, Dario Gattapaglia, com recursos do CNPq e e da rede NEXTREE FAP-DF/Pronex, liderada pelo cientista da Embrapa.

Ferramentas genômicas são aliadas da conservação das espécies nativas

O sequenciamento do genoma de espécies nativas do Cerrado otimiza e reduz os custos de conservação em todas as etapas, começando pela coleta de material genético, como explica Orzenil. No caso do ipê-roxo, que é uma espécie encontrada nas regiões Norte, Nordeste, Centro-Oeste e Sudeste do Brasil, estendendo-se até a Bolívia e regiões secas dos Andes no Peru até o México, com um número de subgrupos geneticamente diversos, as ferramentas genômicas podem auxiliar a racionalizar a coleta, reduzindo custos e esforços, permitindo a organização das ações de acordo com o conhecimento da diversidade genética dessa árvore. Para a conservação e uso sustentável do ipê-roxo, o conhecimento molecular pode ajudar a selecionar genótipos, além de evitar redundância.

Etapas do sequenciamento genômico

A primeira etapa do sequenciamento genômico resultou na obtenção de sequências biológicas contínuas, com tamanho superior a dois mil pares de bases, não redundantes e geneticamente ordenadas. A montagem das sequências estabelece uma escala física de medida, que funciona como uma “régua”, compara Orzenil, na qual é possível, por exemplo, observar as distâncias entre os pontos do genoma em que se verificam diferenças nas sequências de DNA entre diferentes indivíduos da espécie avaliada. Essa régua não é perfeita porque essas diferenças podem ser bem amplas, mas é uma aproximação útil. “Esse é um conceito bastante interessante, denominado pan-genoma, e tem implicações importantes para estudos genéticos ou em aplicações do melhoramento e da biotecnologia”, explica o pesquisador.

Depois, o conteúdo do genoma é anotado para identificar os elementos genéticos prioritários para os objetivos específicos de estudos que se seguirão, tais como genes e seus produtos, variantes de DNA. Segundo o pesquisador, é uma etapa longa e trabalhosa porque envolve a análise comparativa com base de dados extensa e, muitas vezes, de pouca acurácia ou de baixa representação para a espécie-alvo. No caso do ipê-roxo, que é a primeira espécie na família Bignoniaceae, a análise comparativa é pouco frutífera e exigiu a geração de novos dados experimentais.

A última etapa é a disponibilização dos dados genômicos em bancos internacionais, nos quais ficam acessíveis para as comunidades científicas no mundo. Hoje, existem grandes bancos de dados de sequências biológicas, tais como o GenBank/NCBI, nos Estados Unidos, o ENA/EMBL-EBI, na Europa e o DDBJ, no Japão. No caso do ipê-roxo, os dados foram depositados no National Center for Biotechnology Information (NCBI), em Maryland, EUA. Mas o banco escolhido não faz muita diferença, como explica Orzenil, já que trocam informações entre si, sob a coordenação da iniciativa International Nucleotide Sequence Database (INSDC).

Evolução do conhecimento

Acima de tudo, a equipe comemora o fato de ter conseguido estabelecer uma plataforma de alto desempenho para genotipagem de espécies de Handroanthus, abrindo caminho para a análise genética de outras espécies nativas do Cerrado. “Está claro, atualmente, que cada genoma conta uma história particular, mas o conhecimento adquirido facilita os novos desafios, especialmente no campo da análise. Em menos de quatro anos, já temos uma base de ativos biológicos para investigar variantes genéticas descobertas em cerca de 17 mil de 28 mil genes bem anotados no genoma da espécie”, afirma Orzenil. Outros estudos já estão em andamento com caju, mangaba, baru, cagaiteira e uma árvore ameaçada do Cerrado, denominada dedaleiro.

Avanços genômicos sobre espécies nativas do Cerrado representam mais uma esperança para este bioma, que, depois da Mata Atlântica, é o ecossistema brasileiro que mais sofreu alterações com a ocupação humana. Hoje, apenas 0,85% do Cerrado encontra-se oficialmente em unidades de conservação. Cerca de 80% já foram modificados pelo homem em decorrência da expansão agropecuária, urbana e construção de estradas e somente 19,15% da área mantém a vegetação original.

Sequenciar genomas é como desvendar uma galáxia 

Orzenil compara o sequenciamento de genomas a desvendar uma galáxia. “Se, na galáxia, os planetas estão organizados por forças gravitacionais, nos genomas, as informações genéticas estão dispostas de acordo com as forças evolutivas, como: recombinação, mutação, deriva genética, seleção e fluxos gênicos”, compara. E complementa: “As ferramentas genômicas são como telescópios modernos e permitem que os cientistas infiram a trajetória evolutiva das populações de plantas no ambiente, a partir do conhecimento dos genes e da sua ligação aos fenótipos”.

O sequenciamento do genoma de um organismo resulta em uma escala de medidas para definir pontos fisicamente espaçados, tais como os SNPs (do inglês Single Nucleotide Polymorphism), que, segundo Orzenil, são variações do DNA que ajudam a entender aspectos da história evolutiva de populações à luz da ciência genética. De posse dessas informações, e incluindo dados de distribuição geográfica, demográfica e ecológica, entre outros, é possível inferir eventos ancestrais correlacionados com modificações nas populações.

O conhecimento sobre o passado das plantas oferece aos pesquisadores a possibilidade de prever o comportamento delas no futuro, em nível populacional, por exemplo, em relação a mudanças ambientais e climáticas projetadas nos cenários probabilísticos. Antecipar essas mudanças nas populações é essencial para garantir a proteção dos recursos genéticos e até mesmo planejar usos eficientes da diversidade genética tanto no melhoramento convencional quanto na biotecnologia.

Outro aspecto importante, segundo Orzenil, é que a distribuição espacial de SNPs no genoma pode ser convertida em informação de distância genética por meio da genotipagem de vários indivíduos em experimentos genéticos. “Essa informação é normalmente utilizada pelo melhorista para monitorar cruzamentos genéticos e descobrir genes de interesse ligados, por exemplo, ao aumento de produtividade ou à resistência a doenças, com auxílio da biometria,” ilustra o pesquisador. Adicionalmente, aliada à genômica estatística, essa informação tem aplicação direta no melhoramento com emprego de técnicas de predição genética.

Como complementa o pesquisador da Embrapa Dario Grattapaglia: “o melhoramento assistido por dados genômicos permitiu uma mudança de paradigma. Passamos da inferência genética, a partir da qual os dados são observados por meio de testes de hipótese e estimação de efeitos, para a predição genética de dados futuros”. Esse conhecimento permite determinar o efeito agregado das variações em todo o genoma, influenciando características agronômicas ou industriais de interesse.

Fernanda Diniz (MTb 4685/DF)
Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia

Telefone: (61) 3448-4768

Mais informações sobre o tema
Serviço de Atendimento ao Cidadão (SAC)
www.embrapa.br/fale-conosco/sac/

fonte: [ Noticias EMBRAPA ]

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Plantas bioluminescentes poderão funcionar como “lâmpadas”

Por Paulo Gurgel Carlos da Silva, Do Portal Luis Nassif

Criar plantas bioluminescentes que funcionem como “lâmpadas” em nossas ruas poderá ser uma realidade em menos tempo do que pensamos. Graças a uma iniciativa do Kickstarter, os cientistas procuram substituir a forma tradicional de iluminação, obtida a partir do consumo de eletricidade, por um sistema mais eficiente baseado em biologia sintética, engenharia genética e biotecnologia.

Todas as coisas vivas armazenam em seu DNA as instruções genéticas necessárias ao seu desenvolvimento. Durante cerca de 40 anos, temos sido capazes de manipular o genoma (conjunto de genes de um dado organismo) de diferentes seres vivos, de uma forma controlada em laboratório, através das técnicas de engenharia genética e dos avanços na biotecnologia. No entanto, por milhares de anos, essas modificações genéticas têm ocorrido por meio de técnicas não controladas, como a auto-seleção de determinadas culturas e outras ações nas áreas da agricultura e da pecuária.

A proposta agora levantada pelos cientistas Amirav-Drory, Evans e Taylor é baseada em técnicas de engenharia genética que incorporam avanços da biologia sintética. A partir do aproveitamento de um tipo de bactéria que pode ser fluorescente, o Vibrio fischeri, um “primo” do organismo causador do cólera, no qual uma investigação anterior (Universidade de Cambridge) identificou genes que podem ser de interesse. Genes de interesse são a parte do genoma da bactéria que poderá ser usada para manipular geneticamente as plantas escolhidas para a experiência.

Avanços na biologia ajudarão a resolver alguns problemas da sociedade moderna, como o grande consumo de energia e, com isso, reduzir as emissões de gás carbônico (o que pode atenuar o problema das mudanças climáticas). Embora, como se avalia atualmente, as plantas projetadas ainda venham a apresentar um nível de fluorescência baixo para servir como ferramentas de iluminação.

Vai demorar alguns anos para a execução do projeto chegar a um bom termo, mas este é certamente um grande começo. Versão resumida: PGCS.

Fontes
A Dream of Trees Aglow at Night, The New York Times
Plantas bioluminescentes, ALT1040

Fonte: [ Luiz Nassif Online ]

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Cientistas mapearam o genoma da maconha

Pesquisadores conseguiram mapear todo o genoma de uma das drogas mais utilizadas no mundo: a maconha.

Uma equipe do Canadá seqüenciou completamente o DNA da Cannabis sativa, a planta que dá origem a droga mais utilizada no mundo, especialmente entre os adolescentes. Na pesquisa, os cientistas puderam identificar as modificações que a planta sofreu que a levaram a obter características específicas para ser utilizada como droga.

Aparentemente, apenas um gene simples é responsável pela mudança metabólica que levou a planta a produzir o THCA (ácido tetrahidrocanabinólico) um precursor do THC (tetrahidrocanabinol) que é o princípio ativo que causa os efeitos buscados por quem consome a planta, afirma o professor de biologia da Universidade de Saskatchewan, Jon Page.

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Pesquisadores publicam primeiro sequenciamento completo de genoma feito no Paraná

Pesquisadores de instituições paranaense liderados pela UFPR publicaram na edição de maio da revista científica “Plos Genetics” o primeiro sequenciamento genômico completo realizado no Paraná. A informação é do professor Fábio de Oliveira Pedrosa, coordenador do Programa Genoma do Paraná e do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia da Fixação Biológica de Nitrogênio.

O trabalho consistiu na determinação da sequência completa do genoma da bactéria fixadora de nitrogênio Herbaspirillum seropedicae, da estirpe SmR1, e está disponível em inglês no site do periódico.

Capaz de transformar o nitrogênio da atmosfera em amônia, utilizada pelos seres vivos para a síntese de suas biomoléculas, essa bactéria é encontrada nos tecidos de plantas como trigo, arroz, cana-de-açúcar e milho. “O Herbaspirillum seropedicae tem potencial para beneficiar o agricultor brasileiro por promover o crescimento e produtividade das plantas”, explica o professor Pedrosa. “Sua utilização como biofertilizante também pode reduzir a poluição provocada pelo uso de fertilizantes nitrogenados, que são poluentes agressivos de rios, lagos e atmosfera.”

O uso da bactéria Herbaspirillum seropedicae como inoculante para a agricultura brasileira representaria uma economia anual de cerca de R$ 850 milhões em fertilizantes nitrogenados. Apenas no Paraná, a economia seria de R$ 350 milhões por ano. Essa redução de custos permitiria a produção de alimentos mais baratos.

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Cientistas decifram o DNA do cacau crioulo

O genoma de uma variedade de cacau chamada crioulo foi decifrado, o que permitirá reforçar a resistência dessa árvore às doenças e melhorar a qualidade do chocolate, segundo um estudo publicado neste domingo pela Nature Genetics.

O cacau crioulo é uma variedade oriunda de Belize que talvez descenda das primeiras árvores plantadas pelos maias há mais de dois mil anos.

“Um dos principais problemas do cacau é que cerca de 30% da produção se perde por causa das doenças fungicidas”, explica Xavier Argout, um dos autores deste trabalho coordenado pelo Centro de Cooperação Internacional de Pesquisa Agronômica para o Desenvolvimento (CIRAD, sede na França).

O cacau crioulo, que serve para a fabricação do chocolate fino, não representa mais que 5% da produção mundial, mas “cada vez mais pessoas querem ter acesso a esse tipo de cacau”, enfatizou o cientista.

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Rara planta japonesa tem o maior genoma já encontrado

A Paris japonica tem 50 vezes mais DNA que o ser humano e 15% mais que o segundo colocado

REUTERS – REUTERS

Cientistas britânicos dizem que uma rara planta japonesa, Paris japonica, tem o maior genoma já descoberto, o que a coloca em grave risco de extinção.

“Algumas pessoas podem se perguntar quais as consequências de um genoma tão grande, e se realmente importa se um organismo tem mais DNA que outro”, disse Ilia Leitch, pesquisadora do Jardim Botânico Kew, de Londres. “A resposta é um sonoro ‘sim'”.

“Ter um genoma grande aumenta o risco de extinção. O quanto maior, mais risco você corre”.

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Sequenciamento genético do trigo é anunciado por pesquisadores britânicos

por Ascom

O mapeamento do genoma da planta é tido como o mais significativo avanço na produção da cultura em 10 mil anos

Desde a primeira vez em que o trigo foi cultivado, há mais de 10 mil anos, o sequenciamento do genoma da planta está sendo considerado como o mais significativo avanço para a agricultura, de acordo com artigo publicado no jornal inglês The Independent desta sexta-feira.

Como resultado da descoberta, novas variedades de trigo resistentes a doenças podem estar disponíveis até 2015. As vantagens, segundo os pesquisadores, incluem a possibilidade de redução no preço do pão e a produção de um alimento mais seguro e saudável.

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Cientistas desvendam mecanismo da floração das plantas

Uma equipa internacional de investigadores descobriu que o momento da floração das plantas é determinado por um sinal de uma proteína que vai das folhas até à ponta dos rebentos, indica um estudo hoje publicado. A investigação, de cientistas do Imperial College de Londres e do Instituto Max Planck de Colónia, descreve o mecanismo da floração da Arabidopsis (planta da família das couves, a primeira com flor cujo genoma foi totalmente sequenciado), em resposta a variações na duração do dia.

Estudos anteriores já tinham mostrado que as folhas das plantas eram sensíveis a alterações sazonais da duração do dia e que estas desencadeavam o envio de um sinal pelo sistema vascular da planta, das folhas até à ponta dos rebentos, induzindo a floração. Porém, a identidade desse sinal de longa distância permaneceu misteriosa.

Os autores do novo estudo, publicado na Science Express, sugerem que esse sinal seja uma proteína (proteína FT) produzida nas folhas pelo gene FT e que percorre o sistema vascular da planta até à ponta dos rebentos, onde activa outros genes que induzem a floração. A equipa de investigadores conseguiu seguir a progressão da proteína na planta através de sistemas microscópicos muito sensíveis, depois de a ter marcado com uma proteína fluorescente verde. Para Colin Turnbull, da Divisão de Biologia do Imperial College, a descoberta poderá significar “um avanço muito importante para a ciência das plantas“.

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Salvação da lavoura

Por Fábio de Castro

O controle do cancro cítricofaz com que os produtoresbrasileiros gastem R$ 40 milhões anualmente

Agência FAPESP – Cientistas brasileiros seqüenciaram cerca de 55 mil genes únicos de frutas cítricas, sendo 32 mil só de espécies de laranjas, criando o maior banco de dados científicos no setor no mundo.

O objetivo do projeto é desenvolver mapas, identificando genes associados com a resistência a doenças que ameaçam seriamente a citricultura – atividade estratégica para a agricultura brasileira, com faturamento anual de US$ 1,5 bilhão.

“Trata-se de uma ampla cobertura do genoma expresso de uma planta, configurando um banco de informações valioso. Mas o genoma é uma etapa do processo – estamos interessados em integrar e usar essas informações no melhoramento genético, que é nosso objetivo fundamental”, disse Marcos Machado, diretor do Centro Apta Citros do Instituto Agronômico, de São Paulo, à Agência FAPESP.

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RNA também influencia hereditariedade, diz estudo

O DNA enovelado nos cromossomos que que recebemos de nossos pais é responsável por todas as nossas características, certo? Nem sempre. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Nice, na França, publica hoje (26/05/2006) uma descoberta que pode mandar Gregor Mendel e suas ervilhas às favas e que deve demandar retoques nos livros escolares de biologia.

O estudo com camundongos, liderado por Minoo Rassoulzadegan e publicado na revista “Nature”, constatou que um traço físico dos roedores foi transmitido para seus filhotes pelo RNA (ácido ribonocléico), e não pelo DNA do genoma.

Ao cruzar roedores com cauda branca (e, portanto, com um gene responsável pela expressão dessa característica), com animais de coloração comum, os cientistas viram, espantados, que a maioria dos filhotes nasceu com a cauda branca, mas sem esse gene.

O resultado se repetiu nas gerações seguintes.”É como se os indivíduos nascessem apenas com a “lembrança” do gene”, afirma Paul Soloway, da Universidade de Cornell, em Nova York, que comentou o estudo na “Nature”.

Essa “lembrança genética” é conhecida como paramutação, fenômeno identificado há 50 anos em plantas como milho, petúnia e boca-de-leão, e em que as “ordens” inscritas em um gene são transmitidas para a próxima geração, mesmo na sua ausência.

Mas, se o gene estava ausente, quem estava fazendo o seu papel? Ao analisarem os espermatozóides e os óvulos dos roedores com cauda branca, os cientistas detectaram uma quantidade inesperada de RNA mensageiro –responsável pela transcrição do DNA.

Para testar se a mudança na aparência dos animais vinha mesmo daí, eles injetaram pequenas moléculas de RNA encontradas nos espermatozóides em um embrião de camundongo com genes normais. Resultado: metade dos filhotes nasceu com cauda branca, apesar de possuírem genes normais. Como o RNA faz isso ainda é um mistério.

A outra hereditariedade

“O trabalho revela mecanismos independentes do DNA que podem alterar as características do indivíduo, de maneira dominante, e por várias gerações”, afirma Marie Ann Vansluys, professora do Departamento de Botânica do Instituto de Biologia da USP (Universidade de São Paulo).

Ela explica que, se o RNA realmente regula outros modos não-genéticos de hereditariedade, também pode ser responsável pelo controle de características metabólicas ou até mesmo comportamentais. “Poderemos entender, por exemplo, por que alguém é mais ou menos agressivo.”

Soloway, de Cornell, destaca a importância do estudo para o combate a doenças como o diabetes. Cientistas já demonstraram que os espermatozóides humanos carregam RNA durante a fertilização, mas estudos ainda devem determinar se o RNA tem algum efeito.

“Em um estudo sobre um gene humano de predisposição a diabetes do tipo 1, um gene, mesmo não sendo transmitido pelo pai do indivíduo, anulou o desenvolvimento da doença no filho”, explica Soloway.

Vansluys é mais realista: “O estudo ainda é muito incipiente, mas talvez seja possível modificar o padrão de expressão dos genes que determinam o aparecimento de uma doença.”

fonte: [ MS Notícias ]

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