O planeta Terra enfrenta severa elevação da irradiância (excesso de luz solar) e da temperatura do ar, resultado das mudanças do clima. Ondas de calor, períodos em que essas temperaturas ultrapassam a média por mais de cinco dias, também estão se tornando mais frequentes. Essas mudanças não apenas afetam nossas vidas, mas também as das plantas, o que pode prejudicar a produção de muitos alimentos.

Na citricultura, a irradiância e temperaturas elevadas do ar têm sido consideradas fatores que impactam a produção de laranjas. Isso acontece por danos causados às folhas, como ressecamento e redução do processo da fotossíntese, essenciais para o bom desenvolvimento da planta.

Protetores solares para plantas

Para enfrentar as mudanças climáticas será necessário a criação ou melhoria de tecnologias que garantam o bom desenvolvimento das plantas em situações de maior exposição ao sol. Pensando nisso, um grupo de pesquisadores do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT Citros) liderados pelo Dr. Dirceu Mattos Jr., investigaram o potencial do uso de minerais como protetor solar em plantas de laranja Valência.

“Soluções pulverizados que formem camadas de filmes na superfície das folhas têm sido oferecidos como forma de minimizar perdas nas colheitas devido ao cenário desfavorável de mudanças climáticas, uma vez que a floração e a frutificação dos citros são prejudicadas pela radiação UV”. Dr. Dirceu Mattos Jr – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Um elaborado experimento, realizado pelo grupo de pesquisa do Dr. Dirceu Mattos Jr., demonstrou a capacidade protetiva dos minérios caulim e carbonato de cálcio contra o excesso de radiação solar

Pesquisando o efeito do caulim e do carbonato de cálcio  

Os pesquisadores identificaram que quando as plantas de laranja são pulverizadas com substâncias como caulim ou carbonato de cálcio, estas substâncias criam uma camada fina e reflexiva na superfície das folhas. Isso faz com que a luz do sol seja refletida, reduzindo os efeitos prejudiciais da luz ultravioleta (UV) excessiva nas plantas.

Entre os benefícios para planta, os pesquisadores destacam a melhor absorção de dióxido de carbono (CO₂) utilizado na fotossíntese e manutenção da temperatura mais baixa da superfície das folhas ao longo do dia. Esses efeitos positivos estão relacionados a uma melhoria na atividade de enzimas antioxidantes, o que sugere que as plantas estão melhor protegidas contra os danos causados pelo excesso de energia solar absorvida durante a fotossíntese.

“Quando as plantas são pulverizadas com substâncias como caulim ou carbonato de cálcio, essas substâncias formam uma camada fina e reflexiva na superfície das folhas. Essa camada atua como um escudo protetor contra a luz solar excessiva. Ao refletir a luz, essas substâncias ajudam a reduzir os efeitos negativos da radiação UV nas plantas, preservando a integridade do aparato fotossintético das folhas. Isso é crucial para garantir que as plantas possam continuar realizando a fotossíntese de maneira eficiente, necessária para seu crescimento e desenvolvimento saudáveis.” Dr. Dirceu Mattos Jr – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Quer saber como os pesquisadores chegaram a essa conclusão? Veja a seguir

Investigando o Impacto do Caulim e do Carbonato de Cálcio nas Plantas de Laranja Valência

O caulim e o carbonato de cálcio são minerais de coloração branca e que podem ser encontrados como produto comercial em pó dispersíveis em água. Em água, tanto o caulim como o carbonato de cálcio podem ser pulverizados nas plantas formando uma camada de partículas reflexivas e protetivas contra radiação solar. Além disso, podem reduzir a temperatura excessiva das folhas.

Para confirmar o efeito protetivo dos minerais em plantas de laranja, os pesquisadores do INCT Citros elaboraram o seguinte experimento:

Ao todo 30 plantas de laranja Valência com dois anos de idade foram separadas em cinco grupos (seis plantas por grupo):

Durante o período do experimento, diversos parâmetros foram monitorados, incluindo a temperatura das folhas, as trocas gasosas (como a absorção de dióxido de carbono e liberação de oxigênio), a quantidade de clorofila nas folhas e a atividade de algumas enzimas antioxidantes. Essas medições permitiram aos pesquisadores entender o efeito de cada componente protetivo no desenvolvimento das plantas, fornecendo entendimento valioso sobre como mitigar os efeitos adversos do excesso de luz solar na cultura da laranja.

“Em resumo, este estudo demonstrou que o uso de partículas em suspensão pode mitigar os efeitos prejudiciais do excesso de irradiância UV e temperatura do ar em árvores de laranja doce.” Dr. Dirceu Mattos Jr – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

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Referência

Bernardi, L. G. P., et al. Particle films improve photosynthesis of citrus trees under excess irradiance by reducing leaf temperature. Physiologia Plantarum, 2023.

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No âmbito do INCT Citros, pesquisadores estão explorando a genética de fungo responsável pela podridão floral dos citros, buscando desenvolver tecnologias que permitam a redução do uso de agrotóxicos nos pomares.

O Impacto da Podridão Floral na Citricultura

A podridão floral dos citros figura como uma das doenças fúngicas mais prejudiciais para a citricultura, sendo o Colletotrichum abscissum identificado como seu principal agente no Brasil. Essa doença recebe sua nomenclatura devido à ação do fungo nas flores, prejudicando a formação dos frutos e podendo levar a uma redução de até 85% na produção dos pomares.

Atualmente, a principal abordagem para mitigar essas perdas é o uso de agrotóxicos, contudo, para uma agricultura mais sustentável, é fundamental buscar soluções que combinem diferentes tecnologias, reduzindo custos e aumentando a produtividade.

Um dos projetos liderados pelo Dr. Marcos Antônio Machado e Dr. Eduardo Henrique Goulin visa buscar tecnologias complementares para o controle efetivo da podridão floral dos citros.

Explorando a genética do fungo C. abscissum. 

Para compreender melhor essa doença e desenvolver novas tecnologias, é crucial investigar a genética dos fungos envolvidos. No caso da podridão floral dos citros, o C. abscissum é a principal espécie encontrada nas plantas doentes no Brasil.

“O C. abscissum é um dos fungos menos conhecidos entre os que causam a podridão floral. Decidimos, portanto, investigar sua genética e capacidade de infecção nas flores” Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Para obter essas informações, os pesquisadores realizaram a extração, sequenciamento e montagem do código genético do fungo (genoma). Esse processo permitiu acesso aos genes do fungo, possibilitando o estudo de seu funcionamento.

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O código genético é um conjunto de dados formados pelas bases nitrogenadas presentes no DNA, e que formam o genoma. Todo o material genético (genoma) ou partes dele contém informações genéticas que podem ser passadas aos descendentes de um organismo. É a partir das informações genéticas que um ser vivo se desenvolve.

“Fomos os primeiros a sequenciar o genoma do C. abscissum e identificamos cerca de 15.499 genes, sendo 640 deles associados ao processo de infecção”, Dr. Eduardo Goulin – Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.

Além disso, a montagem do genoma revelou a presença de mecanismos genéticos essenciais para a produção de RNA interferente (RNAi).

RNAi: Uma Nova Abordagem para o Controle da Doença

Dentro do código genético existe uma etapa muito importante: a tradução do DNA em uma nova molécula: o ácido ribonucleico (RNA). É a partir do RNA que será produzida a proteína.

O RNAi são moléculas de RNA que, em vez de codificarem proteínas, se conectam a outras moléculas de RNA, bloqueando sua capacidade de produzir proteínas. A identificação do mecanismo de RNA interferente no genoma do fungo abriu portas para o desenvolvimento de uma nova tecnologia de controle da podridão floral dos citros.

“O RNAi é uma ferramenta biotecnológica que pode silenciar genes em um organismo, ou seja, podemos produzir moléculas de RNA que impeçam a produção de proteínas envolvidas no processo de infecção ou podemos explorar esse mecanismo para desativar genes essenciais no fungo, levando à sua morte”. Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Testando uma nova tecnologia

Em um experimento para verificar o funcionamento do RNAi no fungo, os pesquisadores realizaram modificações específicas (transformação genética) no genoma do C. abscissum. Foi inserido um gene para produção de uma proteína vermelha fluorescente, o Dsred.

Paralelamente, os pesquisadores desenvolveram uma sequência específica de RNA para “desligar” o gene Dsred, denominada dsRNA. Se o mecanismo de RNA interferente presente no genoma do fungo for funcional, o dsRNA poderá desligar o gene responsável pela produção da proteína fluorescente.

“Nossa abordagem foi inovadora. Primeiro, fizemos o fungo produzir uma proteína diferente, de fácil monitoramento, e, em seguida, usamos o RNAi para desativar essa produção. O processo foi bem-sucedido, demonstrando a eficácia desse mecanismo no C. abscissum” Dr. Eduardo Goulin – Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.

Este trabalho marca apenas o início do desenvolvimento de uma nova tecnologia que pode ser combinada ao uso de fungicidas. Agora os pesquisadores sabem que é possível utilizar a tecnologia de RNAi para controle da podridão floral dos citros, mas ainda precisam estudar melhor o genoma do C. abscissum para entenderem qual o melhor gene a ser desligado.

Referências

Goulin, E. H., et al. Genome sequence resources of Colletotrichum abscissum, the causal agent of citrus post-bloom fruit drop, and the cosely related species C. filicis. Phytopathology, 2023.

Goulin, E. H., et al. RNAi-induced silencing of the succinate dehydrogenase subunits gene in Colletotrichum abscissum, the causal agent of postbloom fruit drop (PFD) in citrus. Microbiological research, 2022.

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Considerada a pior doença das laranjas, o greening tem exigido grandes esforços dos cientistas do mundo todo. Nesse caminho, os pesquisadores do INCT Citros têm alcançado avanços significativos para o desenvolvimento de novas estratégias para enfrentamento da doença.

Descubra como o trabalho liderado pelo Dr. Helvécio Della Coletta-Filho comprovou redução significativa na taxa de infecção e até mesmo ausência de detecção da bactéria, causadora do greening, em uma planta específica de citros. São resultados promissores e que oferecem esperança para o controle eficaz da doença e a preservação das safras de laranja e outros citros.

Greening: atualmente a pior doença das laranjas

O greening é uma doença causada pela bactéria conhecida como Candidatus Liberibacter asiaticus. Essa bactéria é transmitida por um inseto, o psilídeo Diaphorina citri, e assim como a dengue é de fácil transmissão – o inseto “pica” uma planta doente fica contaminado e quando for se alimentar de outra planta acaba infectando-a.

O estrago nos pomares não é feito pelo inseto, mas pela bactéria que ele suga de uma planta doente e espalha pelo resto do pomar. A doença faz com que o número de frutos por planta reduza drasticamente, fiquem menores, caem antes da colheita e os permanecem na planta doentes fica com sabor mais ácido e amargo. Dr. Helvécio Della Coletta-Filho – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

A doença não mata as plantas, mas diminui muito a produção e o consumo de laranjas produzidas em plantas infectadas não traz problemas à saúde. No entanto, com menos fruto no mercado, o preço da fruta está cada vez mais alto – em fevereiro (2024), o preço da laranja chegou ao maior patamar dos últimos 30 anos no estado de São Paulo, de acordo com o Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada (Cepea).

A doença não tem cura. Por não existirem formas efetivas de controle da doença, é realizado ações visando mitigar a disseminação da doença, a partir do plantio de mudas sadias, eliminação de plantas doentes com idade inferior a oito anos e controle do inseto transmissor.

A pesquisa do INCT Citros: busca por plantas resistentes

Com base em avaliações anteriores, a equipe de pesquisadores liderados pelo Dr. Helvécio selecionou 14 plantas híbridas de citros – do cruzamento entre tangerina ‘Sunki’ com uma espécie de citros conhecida como Poncirus trifoliata (espécie cítrica “prima” da laranja).

Chamamos de híbridos os filhos, resultantes do cruzamento, de plantas com características genéticas diferentes entre si (genótipos). Em citros, de um mesmo cruzamento podem ser obtidos híbridos com características bem contrastantes – Dr. Helvécio Della Coletta-Filho – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Os 14 híbridos selecionados fazem parte do trabalho da pesquisadora Dra. Mariângela Cristofani-Yaly. São plantas pré-selecionadas para ausência de greening após 12 anos de experimentação a campo e possuem potencial para serem utilizadas como porta-enxerto.

Os pesquisadores desenvolveram um experimento para desafiar os híbridos sob condições de alta concentração do patógeno para melhor avaliar o nível de tolerância dos híbridos selecionados. A partir das plantas que estavam no campo, coletaram “ramos” e sobre enxertaram em plantas de laranja doce ‘Valência’ que apresentavam fortes sintomas da doença e estavam positivas para a bactéria, de modo que os híbridos tivessem contato direto e continuo com a bactéria.

Com esse experimento nós conseguimos monitorar a transmissão da bactéria da planta doente para as plantas testes ao longo de 12 meses. No início do experimento todas as 14 plantas (e suas réplicas experimentais) foram infectadas pela bactéria. Surpreendentemente, alguns híbridos mostraram uma redução significativa na taxa de infecção, até mesmo eliminando completamente a bactéria. Dr. Helvécio Della Coletta-Filho – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Além disso, os pesquisadores conseguiram identificar diferença na resposta fisiológica nas plantas tolerantes quando comparadas com as plantas doentes. Quanto maior a tolerância, menor é o acúmulo de amido nas formas e deposição de calose no floema, resultados importantes para o entendimento da doença.

Segundo os pesquisadores, ainda é muito cedo para dizer que temos uma solução para pior doença das laranjas, mas com certeza são resultados promissores para aprimoramento do manejo do greening e preservação das safras de citros.

No caminho para uma nova tecnologia contra a pior doença das laranjas

A pesquisa mencionada fez parte do trabalho de mestrado da aluna Thais Magni Cavichioli. Agora, no doutorado, a Ma. Thais M. Cavichioli avalia o potencial daqueles híbridos, que se mostraram mais tolerantes, como porta-enxerto para laranja doce e outros citros.

Algo necessário, visto que um dos sintomas de greening é a perda significativa do sistema radicular das plantas. As raízes são a porta de entrada de nutrientes e água para plantas.

Agora o nosso objetivo é avaliar o potencial desses híbridos como porta-enxerto. Ou seja, verificar se a tolerância identificada nessas plantas pode ser refletida numa menor perda do sistema radicular das plantas e como isso estas tenham um melhor desenvolvimento mesmo frente ao greening.   Ma. Thais Magni Cavichioli – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

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Referência

Cavichioli, T. M., et al. Temporal Analysis of Candidatus Liberibacter asiaticus in Citrandarin Genotypes Indicates Unstable Infection. MDPI Agronomy, 2022.

CEPEA. Citros/cepea: preço da laranja ‘Pera’ é o maior em 30 anos. Disponível em: https://www.cepea.esalq.usp.br/br/releases/citros-cepea-preco-da-laranja-pera-e-o-maior-em-30-anos.aspx. Acesso: 03.04.2024.

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O Greening dos citros tem sido considerada a pior doença na produção de laranjas, tangerinas, mexericas e outros citros. Diante desse desafio, a pesquisa voltada para o desenvolvimento de soluções tecnológicas abrange uma ampla gama de estratégias.

Desde avanços no melhoramento genético das plantas até abordagens focadas no controle da bactéria responsável pela doença e do inseto transmissor que propaga a bactéria de uma planta para outra, os cientistas exploram diversas frentes para mitigar os impactos do Greening e preservar a saúde dos pomares.

Pesquisadores do INCT Citros encontraram gene que pode ajudar no controle do greening

Um estudo realizado pelo grupo de pesquisa do Dr. Marcos Machado comprovou o envolvimento do gene DCEF32, presente no inseto transmissor (Diaphorina citri), na aquisição da bactéria causadora do greening dos citros.

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Publicado na renomada revista Scientific Reports da Nature, um dos veículos mais respeitados no meio científico, o estudo revelou que ao “desligar” esse gene no inseto, surgem dificuldades significativas em seu processo de alimentação no floema das plantas, local onde a bactéria responsável pelo Greening se aloja.

Nossa descoberta abre caminhos promissores, sugerindo que ao atuar sobre o gene DCEF32, podemos potencialmente reduzir as taxas de transmissão da doença, oferecendo uma perspectiva valiosa para o controle eficaz do greening dos citros. Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira.

Como os pesquisadores chegaram no gene DCEF32?

Um dos grandes desafios no controle do greening é devido a sua alta taxa de dispersão. O inseto, Diaphorina citri, consegue espalhar a doença rapidamente pelos pomares de regiões próximas e a doença que chegou no Brasil em 2004, hoje, está presente em todas as regiões citrícolas paulistas e pomares de Minas Gerais e Paraná.

Desvendar os mecanismos pelos quais o inseto adquire e transmite a bactéria causadora do greening é um dos objetivos do INCT Citros. A compreensão desses processos torna-se crucial, pois oferece a base necessária para o desenvolvimento de estratégias eficazes de controle da transmissão da doença.

Assim, a pesquisadora Dra. Inaiara Pacheco, membro do grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Marcos Machado, escolheu direcionar sua investigação para os “genes candidatos a efetores” presentes na saliva do inseto.

Os efetores são genes responsáveis pela produção de proteínas com a capacidade de alterar o comportamento de organismos vivos, frequentemente associados a doenças. Esses genes apresentam características distintas em suas sequências de DNA, possibilitando sua identificação por meio de programas de bioinformática. Dra. Inaiara Pacheco – Universidade da Califórnia, Riverside.

Com isso, a pesquisadora conseguiu selecionar 20 genes candidatos a efetores. A partir dessa seleção começou o estudo individual de cada gene onde foi possível distinguir quais genes eram mais ativos na fase adulta e na cabeça do inseto.

Para estar relacionado com a transmissão da bactéria o efetor precisaria ser ativado na saliva do inseto enquanto ele se alimentava, por isso avaliamos esses genes na cabeça de insetos adultos. Essa abordagem possibilitou reduzirmos de 20 genes candidatos para 6. Dra. Inaiara Pacheco – Universidade da Califórnia, Riverside.

O experimento que colocou o DCEF32 em destaque e possibilita uma nova tecnologia para controle do greening dos citros

Uma técnica de biotecnologia chamada RNA interferente (RNAi) foi utilizada para desligar cada um dos seis genes selecionados e avaliar qual era o comportamento do inseto com relação a aquisição da bactéria causadora do greening.

Em resumo, os experimentos eram conduzidos da seguinte forma:

• Foi produzido uma sequência de RNA específica para cada um dos genes, chamada de dsRNA. O dsRNA é a molécula que desliga o gene.
• O dsRNA era inserido na alimentação do inseto adulto por cinco dias.
• O inseto era transferido para se alimentar em plantas de citros.

Nossos resultados mostraram que quando o gene DCEF32 era desligado o inseto apresentava dificuldade na alimentação. Quando em plantas, o inseto ainda apresentava dificuldade em perfurar o tecido vegetal até o floema, principal local de colonização da bactéria em plantas. Dra. Inaiara Pacheco – Universidade da Califórnia, Riverside.

Sendo a alimentação do inseto o principal veículo de aquisição e transmissão da bactéria causadora do greening, os resultadas dessa pesquisa colocam o gene DCEF32 como alvo para desenvolvimento de tecnologias que possam impedir o seu funcionamento.

Uma possibilidade é o desenvolvimento de um defensivo agrícola que ao invés de uma molécula química apresenta-se sequências de dsRNA específico para o gene DCEF32. Para isso, é necessário a formulação de um produto que seja eficiente em “entregar” o dsRNA ao inseto. Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira.

Referência

Pacheco, I. S., et al. Gene silencing of Diaphorina citri candidate effectors promotes changes in feeding behaviors. Science Reports, 2020.

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A busca por soluções que permitam a continuidade da produção de frutas, mesmo em face de desafios climáticos, como a seca, tem impulsionado avanços significativos na agricultura. Na citricultura, pesquisadores do INCT Citros descobriram um gene que pode acelerar a adaptação de plantas de laranja e tangerina a ambientes propensos a falta de água.

Adaptar plantas por meio de pesquisas e melhoramento genético, oferece uma perspectiva otimista para os citricultores. Ao cultivar variedades de citros que resistem melhor à escassez de água, abre-se a possibilidade de manter uma produção frutas estável, mesmo em regiões suscetíveis a períodos prolongados de seca.

O trabalho desenvolvido pelo grupo de pesquisa do Dr. Marcio Costa, já publicado em revista científica, aproxima os pesquisadores do desenvolvimento de variedades de laranja e tangerina tolerantes à seca.

Mas como os pesquisadores chegaram a esses genes?

Todos os organismos vivos possuem milhares de genes, que são sequências de DNA com funções específicas, responsáveis pela estrutura e funcionamento das células vegetais e animais. Dentro dessa vasta gama de genes, há aqueles que compartilham regiões e funções similares, sendo possível agrupá-los em “famílias”.

Plantas “estressadas” alteram o funcionamento de seus genes

Já se sabia que um conjunto de genes, conhecidos como fatores de transcrição do tipo Nuclear (NF-Y), desempenha papéis cruciais no desenvolvimento e na resposta a estresses bióticos e abióticos em diversas plantas. A regulação desses genes pela planta, determinando quando ativá-los ou desativá-los, possibilita que ela se adapte e se desenvolva em ambientes e condições distintas.

Chamamos de estresse biótico e abiótico, situações causadas por organismos vivos (bióticos) e fatores ambientais (abióticos) que de alguma forma atrapalhem o bom desenvolvimento das plantas. Nesse sentido, a falta de água é considerada um estresse abiótico. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

O grupo de pesquisa do Dr. Marcio Costa optou, então, por investigar a família de genes NF-Y em plantas de citros, uma abordagem que ainda não havia sido explorada por outros pesquisadores.

Nossa estratégia envolveu a realização de uma análise computacional (bioinformática) para identificar os genes NF-Y nos genomas de laranja (Citrus sinensis) e tangerina (Citrus clementina). Com essas identificações, conseguimos estudar o funcionamento da família de genes NF-Y nessas plantas cítricas. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

Será que em citros os genes NF-Y são regulados em repostas a falta de água?

Também com base nos dados de bioinformática, o grupo de pesquisa constatou que ocorria, de fato, a ativação e desativação de alguns genes NF-Y em plantas de citros sob estresses bióticos e abióticos. Alguns genes eram ativados exclusivamente nas raízes, enquanto outros nas folhas. A partir disso, foram capazes de selecionar genes específicos dessa família.

No entanto, um gene em particular chamou a atenção dos pesquisadores. Denominado CsNF-YA5, esse gene foi o único ativado exclusivamente em resposta à falta de água nas raízes. Embora outros genes dessa família também fossem expressos em condições de estresse hídrico, eles eram ativados em diversas situações, como quando a planta sofria ataques de microrganismos, por exemplo.

O gene que ajuda na produção de frutas com menos água?

Para garantir a função dos genes NF-Y na produção de frutas cítricas, os pesquisadores conduziram diversos experimentos, incluindo um no qual mantiveram dois grupos de plantas de citros (A e B), com dois anos de idade, em um ambiente controlado (casa de vegetação).

O grupo A foi submetido a uma menor quantidade de água (situação de estresse), enquanto o grupo B recebeu uma quantidade ideal de água (controle). Por meio da biotecnologia, os pesquisadores puderam analisar como os genes NF-Y eram regulados (ativados ou desativados) pela planta.

O principal resultado encontrado confirmou a ativação do gene CsNF-YA5 nas raízes das plantas. De forma interessante, esse mesmo gene foi desativado nas folhas da planta, indicando sua importância no tecido radicular das plantas de citros.

Nossos dados sugerem que o gene CsNFY-A5 pode ser um candidato chave na regulação de processos importantes, como o crescimento de raízes e a fotossíntese, em resposta ao estresse de seca. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

Utilizando ferramentas biotecnológicas e plantas modelo de tabaco (Nicotiana tabacum), os pesquisadores conseguiram realizar a transformação genética do tabaco, induzindo essas plantas a produzirem quantidades elevadas da proteína produzida pelo gene CsNFY-A5. Esse procedimento permitiu uma compreensão mais aprofundada da função desse gene.

Nossa conclusão é que o gene CsNF-YA5 desempenha um papel crucial nos mecanismos bioquímicos e fisiológicos de adaptação à seca, contribuindo para a manutenção do crescimento e produtividade das plantas em ambientes com déficits moderados de água no solo. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

A pesquisa melhora a produção de frutas que chega até você

Investir em plantas de citros tolerantes à seca vai além de uma medida adaptativa; é um passo estratégico em direção à sustentabilidade e segurança alimentar. À medida que enfrentamos desafios climáticos crescentes, cultivar citros resilientes torna-se essencial para garantir uma produção de frutas estável, nutritivas e saborosas.

O trabalho do INCT Citros, desenvolvido pelo grupo de pesquisa do Dr. Marcio Costa, coloca a citricultura mais próxima dessas plantas tolerantes à seca.

Referência

Pereira S L S. Genome-wide characterization and expression analysis of citrus NUCLEAR FACTOR-Y (NF-Y) transcription factors identified a novel NF-YA gene involved in drought-stress response and tolerance. PLoS ONE, 2018.

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A citricultura enfrenta grandes desafios fitossanitários, devido, principalmente, à ausência de cultivares de laranjas doces resistentes a bactérias causadoras de doenças, entre elas o cancro cítrico, causado pela bactéria Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc). Buscando criar soluções eficazes, pesquisadores do INCT Citros estão utilizando ferramentas biotecnológicas para desenvolver plantas transgênicas resistentes ao cancro cítrico.

Há pelo menos 65 anos, o cancro cítrico tem sido uma fonte constante de problemas para os citricultores paulistas

A bactéria X. citri foi identificada pela primeira vez no Estado de São Paulo em 1957, na região de Presidente Prudente, e desde então tem se disseminado pelo país, principalmente dentro de SP.

O cancro cítrico, dependendo do seu grau de severidade, causa desfolha, depreciação e queda prematura dos frutos. Como resultado, existe uma diminuição na produção e dificuldade de comercialização dos frutos. O controle e prevenção do cancro cítrico é realizado com a aplicação de produtos à base de cobre e, em casos mais graves, com a erradicação das plantas contaminadas.

Plantas Transgênicas: Uma Solução Inovadora para o Cancro Cítrico

A biotecnologia se destaca como uma ferramenta eficaz para acelerar o processo de criação de novas cultivares, e o desenvolvimento de plantas transgênicas resistentes ao cancro cítrico surgem como uma oportunidade promissora para introduzir novas cultivares de laranjas doces como soluções para o controle desta doença em um período mais curto.

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O que são plantas transgênicas?

O termo transgênico foi adotado para descrever organismos que receberam genes de outra espécie por meio da biotecnologia – técnicas moleculares utilizadas por pesquisadores para isolar, copiar e transferir sequências específicas de DNA.

Dessa forma, plantas transgênicas são aquelas que incorporam em seu genoma sequências de DNA (genes) de uma espécie não compatível sexualmente. Essa espécie pode ser uma planta, um microrganismo, um animal ou qualquer organismo vivo. Esse processo de modificação genética visa conferir às plantas características específicas, tais como resistência a doenças, como é o caso do cancro cítrico.

Essa abordagem inovadora apresenta a vantagem de acelerar o desenvolvimento de cultivares mais robustas e adaptadas, representando uma estratégia eficiente para enfrentar os desafios na citricultura.

Pesquisa do INCT Citros no desenvolvimento de plantas transgênicas resistentes ao Cancro cítrico

O grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Francisco Mourão, pesquisador da equipe de pesquisa da plataforma de genômica funcional e melhoramento assistido do INCT Citros, conseguiu desenvolver, por meio da biotecnologia, plantas transgênicas de laranja doce cv. Hamlin (Citrus sinensis L. Osbeck). A pesquisa contou com a colaboração de pesquisadores do Instituto Biológico e da Embrapa. São dois “tipos” de abordagens:

• Plantas transgênicas com o gene d4e1
• Plantas transgênicas com o gene csd1

O gene d4e1 é um peptídeo sintético e apresenta atividades antimicrobianas já comprovadas e, o gene csd1, produz um superóxido dismutase de cobre e zincoque é uma enzima antioxidante com atividade comprovada para resistência a estresses bióticos e abióticos. Dr. Francisco Mourão – Universidade de São Paulo, ESALQ.

Desafiando as plantas transgênicas frente a bactéria causadora do cancro cítrico

Após a confirmação da presença dos genes d4e1 ou csd1 em plantas de laranja doce, os pesquisadores embarcaram em uma outra fase do estudo: a avaliação do funcionamento desses genes nas plantas e a verificação de sua eficácia em fortalecer a defesa contra a bactéria causadora do cancro cítrico.

Quando trabalhamos com transformação genética é comum termos mais de uma planta transgênica para cada gene. Por exemplo, em nosso trabalho conseguimos 13 plantas de laranja com o gene csd1, chamamos cada uma dessas plantas de “evento transgênico”. Realizamos diversos experimentos a fim de identificar o evento em que o gene “funciona melhor”. Explica Dr. Matheus Luís Docema, pesquisador que estudou, em sua tese de doutorado, a resposta dessas plantas transgênicas à infecção por essa doença.

A validação do papel desses genes na resistência à bactéria é essencial para garantir o sucesso da abordagem transgênica no desenvolvimento de cultivares mais robustas e resilientes.

Para selecionar o melhor evento, é preciso colocar a planta para “brigar” com a bactéria. Uma das formas de se conseguir isso é:

Primeiramente a bactéria é crescida em um meio de cultura, em seguida, é diluída em uma solução de inóculo para uma concentração conhecida. Dessa forma, os pesquisadores conseguem inocular sempre a mesma concentração de bactérias em diferentes plantas.

A pesquisa realizada levou em consideração duas estratégias de inoculação:

• “Spray”, na qual a solução de inóculo é pulverizada na superfície das folhas de laranjeiras
• “Ferida”, na qual a “micro agulhas” são imersas na solução de inóculo e então utilizadas para fazer micro furos na superfície das folhas.

Para chegar em resultados confiáveis e replicáveis, os pesquisadores trabalharam com 12 repetições, sendo cada repetição representada por uma única planta, tanto para os eventos transgênicos quanto para os grupos de controle (plantas não transgênicas). Esse arranjo experimental foi repetido três vezes.

Com isso, foi realizado um estudo comparativo e bastante aprofundado entre plantas transgênicas e plantas não transgênicas. Os pesquisadores conseguiram então, avaliar a presença e ausência de bactérias e sintomas nas plantas, assim como a intensidade nas respostas moleculares de defesa das plantas.

A presença dos genes d4e1 ou csd1 faz com que plantas de laranja doce resistam ao cancro cítrico

Em geral, os pesquisadores confirmaram que a incidência e severidade do cancro cítrico em plantas transgênicas de laranja foram reduzidas. Tanto em eventos com o gene d4e1 como em eventos com o gene csd1, quando comparadas às plantas não transgênicas.

Nessas plantas, a bactéria proliferou com menos severidade, resultando em baixas progressões da doença nas laranjeiras transgênicas. As análises anatômicas e o atraso nos sintomas visuais em alguns eventos transgênicos sugerem uma diminuição considerável na gravidade da doença.

Nós também identificamos que a resistência encontrada em plantas de laranja com o gene csd1 é devido a uma maior atividade de enzimas antioxidantes. Além disso, encontramos maior deposição de calose, aumento no tamanho das células (hipertrofia) e aumento no número de células (hiperplasia), especialmente, nas proximidades dos estômatos. Respostas que desempenham um papel crucial na defesa contra patógenos. Dr. Matheus Luís Docema – Universidade de São Paulo, ESALQ.

Com essa publicação científica, o projeto INCT Citros, liderado pela equipe do Dr. Francisco Mourão, apresenta duas novas abordagens para o controle do cancro cítrico em laranjas doces. Os resultados dessa pesquisa abrem portas para o desenvolvimento potencial de cultivares de laranjeiras mais resistentes ao cancro cítrico, contribuindo significativamente para a sustentabilidade da produção citrícola.

No entanto, é importante ressaltar que mais estudos, incluindo testes de campo, são necessários para validar plenamente a eficácia dessas estratégias inovadoras. O trabalho desses pesquisadores representa um passo promissor rumo a um futuro mais resiliente para as plantações de citros em todo o mundo.

Referências

Docema, M. L., et at. Transgenic ‘Hamlin’ sweet orange expressing csd1 or d4e1 genes exhibits decreased susceptibility to citrus canker disease, 2022.

Defesa Agropecuária de São Paulo. Presença do Cancro Cítrico em São Paulo completa 65 anos. Disponível em: https://www.defesa.agricultura.sp.gov.br/informativo/defesa-agrosp-no-016-novembro20/presenca-do-cancro-citrico-em-sao-paulo-completa-65-anos/#:~:text=O%20cancro%20c%C3%ADtrico%20surgiu%20no,no%20Estado%20de%20S%C3%A3o%20Paulo. Acesso em: 15/11/2023.

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O segundo semestre de 2023 tem sido desafiador para os entusiastas de uma laranja fresca após o almoço. Os consumidores estão sentindo no bolso o estrago que o greening tem feito nos pomares. Acontece que a alta nos preços está diretamente ligada a escassez da fruta no mercado que está diretamente ligado a dispersão de uma bactéria (Candidatus Liberibacter) pelas plantas de laranja.

Uma matéria publicada no G1 neste mês (outubro de 2023) alerta que o estoque de suco de laranja enfrenta o pior volume no Brasil e atinge o mais baixo da série histórica feita pela Associação Nacional dos Exportadores de Sucos Cítricos (CitrusBR), iniciada em junho de 2011.

O greening, também conhecido como HLB, já causou estragos significativos nos pomares dos Estados Unidos e está ganhando força no Brasil e em outras partes do mundo. Para enfrentar esse desafio, a Dra. Mariângela Cristofani-Yaly  lidera um grupo de pesquisa que busca explorar a genética das plantas cítricas em busca de mecanismos de defesa que possam impedir a bactéria de causar doenças nas laranjas.

Uma possível resistência ao greening

Uma das estratégias fundamentais no combate a doenças em plantas é identificar características de tolerância ou resistência em organismos vivos e depois replicá-las.  Esse é o primeiro passo em direção ao desenvolvimento de uma nova variedade de laranja resistente ao greening – uma tecnologia que tem o potencial de revitalizar a produção de laranjas e seus derivados.

Essa característica foi descoberta em trifoliata (Poncirus trifoliata), uma espécie com frutos não muito agradáveis para consumo, mas amplamente utilizada como porta-enxerto. O trifoliata não exibe os sintomas típicos do greening, e a bactéria tem dificuldade em se proliferar nele.

Saiba mais sobre porta-enxerto em:

Limão Tahiti: pesquisa promete impulsionar a produção no Nordeste brasileiro

Sempre que uma nova doença emerge, procuramos no banco ativo de germoplasma plantas que possam resistir a essa doença. Foi dessa maneira que identificamos a resposta diferenciada de trifoliata para infecção da bactéria C. Liberibacter. Dra. Mariângela Cristofani-Yaly – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Pesquisadores estão no caminho para solução do greening

Uma vez que a característica de interesse é encontrada, os pesquisadores buscam compreender a origem dessa resistência – como ela funciona? Uma vez entendido, começam a elaborar estratégias para o desenvolvimento de tecnologias para proteção das plantas e/ou produção de frutos.

Resumidamente podemos destacar 3 etapas:

1. Pesquisa pela fonte de resistência/tolerância
2. Pesquisa para compreensão do mecanismo de resistência/tolerância
3. Pesquisa para desenvolvimento de uma nova tecnologia agrícola

Para segunda etapa, optamos como estratégia de pesquisa avaliar híbridos de trifoliata com tangerina Sunki (Citrus sunki) – espécie que é susceptível à doença. No BAG existem muitas plantas que são “filhos” do cruzamento dessas duas espécies (P. trifoliata X C. sunki), nosso objetivo era encontrar diferentes níveis de tolerância ao greening e com isso compreender a interação entre planta e bactéria que resultam na doença. – Dra. Mariângela Cristofani-Yaly – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Os resultados foram promissores. Entre mais de 100 plantas filhas de P. trifoliata X C. sunki que estão no BAG, os pesquisadores encontraram diferença de resposta à infecção pela C. Liberibacter – quantidade de bactéria na planta e aumento na produção de amido.

Com isso, os híbridos foram separados em 3 grupos:

• Susceptíveis: Presença de bactéria com aumento nos níveis de amido e calose
• Tolerantes: Presença de bactéria sem alteração significativa nos níveis de amido e calose
• Resistentes: Ausência da bactéria e sem alteração significativa nos níveis de amido e calose.

Resistência ao greening está relacionado em como a planta responde à infecção pela bactéria

Com a separação em três grupos de plantas, os pesquisadores conseguem analisar as sequências genéticas dessas plantas – genoma e genes. Para isso, foi utilizado uma estratégia bastante interessante.

Uma vez que estavam trabalhando com um número grande de híbridos entre planta resistente e susceptível, os pesquisadores quiseram investigar como ocorreu a transferência de genes dos pais para os filhos e como alguns genes “funcionavam” nos filhos (quais estavam sendo mais ou menos ligados e desligados) – chamamos isso de expressão gênica associada ao mapa genético.

Queríamos descobrir se a resistência encontrada em trifoliata e alguns de seus filhos era devido a um ou mais genes. Como esses genes eram passados de pais para filhos (a frequência) e qual seria a posição deles no genoma da planta (se estavam em um ou mais cromossomos). Com isso podemos isolar os genes relacionados à maior tolerância para utilizar em trabalhos de transformação genética ou edição genética. – Dra. Mariângela Cristofani-Yaly – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Uma das soluções para o greening pode estar na calose

Após a construção e análise da expressão gênica associada ao mapa genético. Os pesquisadores conseguiram identificar que a família de genes envolvida na produção de calose, era de fato alterada nas plantas infectadas pela bactéria causadora do greening. E o mais interessante: As plantas resistentes apresentaram uma regulação negativa (desligavam os genes da calose) e as plantas susceptíveis tinham uma regulação positiva para os genes da calose (estavam ligando e aumentando a produção).

Mas não é só isso, o grupo de pesquisa da Dra. Mariângela também encontrou outras regiões, no mapa genético, associadas à tolerância ao greening, revelando que a característica de resistência, vista em trifoliata, envolve muitos genes. No entanto, existe uma alta herdabilidade desses genes (“facilidade” em serem passados para os filhos) o que indica que a seleção para resistência, pelo cruzamento entre plantas, pode ser realizada com sucesso.

Resultados que abrem portas para o desenvolvimento de novas tecnologias agrícolas

Todo o trabalho da Dra. Mariângela e colaboradores para a caracterização de híbridos resistentes ao greening, a identificação de genes envolvidos na resistência, o posicionamento desses genes no genoma e a taxa de herdabilidade (chances de serem passados aos filhos) são informações importantes para o desenvolvimento de novas variedades de laranjas, tangerinas e mexericas resistentes ou tolerantes a C. Liberibacter.

O desenvolvimento de novas tecnologias no campo da citricultura está em pleno andamento, abrangendo uma variedade de estratégias que vão desde o melhoramento genético convencional até o emprego de avanços em biotecnologia. Uma série de esforços significativos está em andamento para acelerar a implementação dessas inovações, com o INCT Citros se destacando como um dos principais projetos de pesquisa dedicados a oferecer soluções promissoras nessa área.

Referências

Curtolo, M., et at. Expression Quantitative Trait Loci (eQTL) mapping for callose synthases in intergeneric hybrids of Citrus challenged with the bacteria Candidatus Liberibacter asiaticus. Genetics and Molecular Biology, 2020.

Soratto, T. A. T., et al. QTL and eQTL mapping associated with host response to Candidatus Liberibacter asiaticus in citrandarins. Tropical Plant Pathology, 2020.

Boava L.P., et al. Physiologic, anatomic, and gene expression changes in Citrus sunki, Poncirus trifoliata, and Their Hybrids After ‘Candidatus Liberibacter asiaticus’ Infection. Phytopathology, 2017.

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A pesquisa liderada pelo grupo da Dra. Alessandra Alves de Souza, pesquisadora do Centro de Citricultura Sylvio Moreira, e com participação do Dr. Reinaldo Rodrigues de Souza Neto, financiamento do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT), traz inovação ao transformar um mecanismo de defesa bacteriana em uma tecnologia na agricultura. O trabalho envolve a criação de plantas transgênicas de laranja doce que escondem uma toxina bacteriana em seu genoma, proporcionando uma abordagem alternativa à utilização de agrotóxicos tradicionais.

Fica com a gente e vamos juntos entender como a pesquisa básica pode fornecer ferramentas para desenvolvimento de novas tecnologias.

Bactérias produzem toxinas contra suas próprias células

Existe um mecanismo genético em bactérias chamado sistema toxina-antitoxina (TA). O interesse dos pesquisadores nesse mecanismo é porque ele está envolvido em importantes processos celulares como por exemplo: crescimento, morte e até mesmo resistência a antibióticos.

São muitos os sistemas TA encontrados em bactérias, e cada um deles possui características específicas que contribuem para a adaptação e sobrevivência desses microrganismos em diferentes ambientes.

Nos chamou a atenção o fato de duas bactérias causadoras de doenças em citros terem um genoma muito semelhantes, mas possuírem sistemas TA diferentes. Enquanto Xylella fastidiosa possui o sistema TA mqsRA, Xanthomonas citri não o possui. Dra. Alessandra Alves de Souza – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

O sistema mencionado pela Dra. Alessandra é composto por duas proteínas, a MqsR que, quando presente em concentrações elevadas, é tóxica para a bactéria e a MqsA que neutraliza a atividade tóxica. Quando a MqsA está presente em quantidades adequadas, a MqsR é mantida sob controle e não afeta negativamente a bactéria.

Você pode estar se perguntando: por que a bactéria produz algo que é tóxico para ela?

Quando a bactéria está vivendo em condições normais a antitoxina MqsA é produzida e mantém a toxina MqsR sob controle.

No entanto, quando a bactéria se sente ameaçada, como quando é exposta a um antibiótico ou bactericida, ela diminui a produção de MqsA. Isso faz com que a toxina MqsR comece a agir, inibindo alguns processos celulares. Isso pode parecer estranho, mas, na verdade, é uma estratégia de sobrevivência inteligente da bactéria.

A paralisação temporária do crescimento bacteriano permite que a bactéria sobreviva até que as condições do ambiente se tornem favoráveis novamente. É como se a bactéria entrasse em um modo de hibernação até que o perigo tenha passado.

Esse comportamento é chamado de “persistência”. Pesquisas do nosso grupo já demonstraram que o sistema TA mqsRA está envolvido no processo de tolerância da bactéria X. fastidiosa contra bactericidas a base de cobre – muito utilizado na citricultura. Dr. Reinaldo R. de Souza Neto – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Compreendendo esse mecanismo os cientistas viram uma oportunidade: utilizar a toxina MqsR como um inibidor de crescimento contra X. citri e possivelmente outras bactérias que não possuíssem a antitoxina.

Num primeiro momento precisávamos confirmar nossa hipótese de que a toxina MqsR teria o efeito esperado no controle de X. citri. Para isso, avaliamos em laboratório o efeito da toxina pura contra a bactéria. Os resultados mostraram que mesmo concentrações baixas da proteína eram eficientes em reduzir o crescimento da bactéria e isso acontecia em poucas horas. Dra. Alessandra Alves de Souza – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Diversos experimentos foram conduzidos para validar o funcionamento da toxina e antitoxina nas bactérias. Com um conhecimento completo desse mecanismo, os pesquisadores avançaram para o desenvolvimento da nova tecnologia.

Ataque de cavalo de troia: uma nova tecnologia na agricultura

Certamente você já ouviu a expressão cavalo de troia, frequentemente usada para se referir a algo que parece benéfico por fora, mas, que na realidade esconde algo. A tecnologia agrícola desenvolvida pelo grupo de pesquisa da Dra. Alessandra tem suas semelhanças com um cavalo de troia.

Os pesquisadores conseguiram criar uma planta transgênica de laranja doce (Citrus sinensis) que contém, em seu genoma, a sequência genética (gene) responsável pela produção da toxina MqsR.

Em termos simples, esta planta transgênica é praticamente idêntica a qualquer outra laranja doce, exceto por um pequeno fragmento de DNA que faz com que ela produza a toxina naturalmente.

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O que é notável é que a bactéria X. citri pode infectar essa planta transgênica, mas não consegue se desenvolver nela, evitando assim a ocorrência da doença.

Essa abordagem, que utiliza o sistema TA em plantas transgênicas, representa uma estratégia inovadora e uma alternativa ao desenvolvimento de agrotóxicos tradicionais. Podemos considerar a tecnologia apresentada neste artigo como um protótipo do que poderia se tornar uma nova geração de plantas transgênicas. Dr. Reinaldo R. de Souza Neto – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Referência

Souza-Neto, R. R. et al.MqsR toxin as a biotechnological tool for plant pathogen bacterial control. Nature Scientific Reports, 2022.

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Pesquisadores do Centro de Citricultura Sylvio Moreira, Embrapa Mandioca e Fruticultura e Instituto Biológico realizaram uma importante descoberta relacionada à principal doença causada por vírus que afeta os citros, causada por vírus.

O trabalho foi desenvolvido pela Dra. Gabriella Dias Arena e contou com a colaboração do Dr. Pedro Luis Ramos-González. Como líderes do projeto estavam o Dr. Marcos Antônio Machado e a Dra. Juliana Freitas-Astua. A pesquisa, também vinculada ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Citros, identificou que o desenvolvimento da doença denominada a leprose dos citros está relacionado a interação de uma proteína específica (P61) do vírus da leprose (CiLV-C) com o sistema de defesa da planta.

Porque o vírus da leprose dos citros não é encontrado em todas as células da planta? Isto é, porque ele não é sistêmico como outros vírus?

Esse era o questionamento que intrigava os pesquisadores a respeito do CiLV-C, também conhecido como vírus da leprose dos citros. Normalmente, quando um vírus infecta um organismo vivo, é comum que ele se dissemine por todas as células.

No entanto, no caso do CiLV-C, ao infectar uma planta, ele fica restrito à região onde ocorreu o primeiro contato. Ele não se espalha por toda a planta. Por essa razão, ele depende de uma “ajuda” externa. Essa “ajuda” é proporcionada pelo ácaro vetor desse vírus (Brevipalpus yothersi).

“Assim como o Aedes aegypti carrega o vírus da dengue, o ácaro Brevipalpus yothersi transmite o vírus da leprose dos citros. Esses são chamados de vetores assintomáticos, uma vez que os vírus não prejudicam esses organismos, mas prejudicam o hospedeiro final.” Dr. Marcos Antonio Machado

Outro aspecto que merece atenção é o fato de que na região infectada da planta, ocorre a morte do tecido infectado. Esse tipo de resposta resulta no surgimento de lesões ou manchas nos frutos e em qualquer parte da planta que tenha tido contato com o vírus. São lesões escuras, resultado da resposta da planta à infecção.

“Nessa situação, a morte celular do tecido vegetal pode ser causada por dois processos: por proteínas secretadas pelo vírus (ataque do vírus); ou também pelo aumento na produção de espécies reativas de oxigênio pela planta (defesa da planta).” Dra. Gabriella Dias Arena

Impacto da doença na vida dos citricultores e consumidores é significativo

Frutos repletos de lesões perdem valor no mercado, mesmo que o vírus não tenha grandes efeitos no desenvolvimento do fruto. Dificilmente os consumidores se interessariam por frutos com aparência depreciada.

O controle da leprose dos citros acarreta custos elevados. Não existe cura para doença, nem possibilidade de controle químico do vírus. Assim, a estratégia é reduzir a transmissão do vírus pelo ácaro. Desse modo, aproximadamente 50 milhões de dólares são gastos anualmente com acaricidas para minimizar os danos causados por esse vírus. A maior parcela desse montante é destinada à compra e aplicação de agrotóxicos, visando reduzir a população de ácaros nos pomares.

Atualmente, ainda não existe uma tecnologia capaz de impedir a infecção das plantas pelo vírus ou de prevenir a formação de lesões nos frutos. Por essa razão, a melhor estratégia para reduzir o impacto da doença é controlar a população de ácaros. Sem esse vetor, a doença fica restrita a pontos isolados nos pomares.”

“Nosso objetivo com esta pesquisa foi compreender o comportamento do vírus na planta, visando abrir caminhos para o desenvolvimento de novas tecnologias de controle da doença, com especial enfoque na infecção viral.” Dr. Marcos Antonio Machado

Conheça o experimento que permitiu o entendimento da interação entre planta e vírus.

Na ciência agrícola é comum a utilização do que chamamos de plantas modelos – espécies vegetais de ciclo curto, fáceis de cultivar, têm seus genomas relativamente pequenos e sequenciados, e assim facilitam a compreensão de genes individuais e processos biológicos em uma planta. Duas das mais conhecidas são Arabidopsis thaliana e Nicotiana benthamiana.

“As plantas modelo também se destacam pelo seu ciclo de vida curto. Ao plantar uma semente, é possível acompanhar o desenvolvimento até a formação de flores em questão de semanas, o que permite a repetição de experimentos várias vezes em um único ano. Isso contrasta com as plantas cítricas, onde esse processo é muito mais demorado.” Dra. Gabriella Dias Arena

Por esse motivo, é comum que pesquisas voltadas para a compreensão de mecanismos genéticos de resistência a doenças, pragas e fatores climáticos utilizem, em um primeiro momento, plantas modelo. Posteriormente, os mesmos resultados são validados em plantas de interesse, como os citros.”

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Plantas modelos foram utilizadas no entendimento da leprose dos citros

A planta modelo A. thaliana, quando infectada pelo vírus CiLV-C, apresenta sintomas semelhantes aos observados em plantas de citros, o que a torna uma excelente opção para estudos sobre essa doença.

Os pesquisadores buscaram identificar quais genes da planta eram “ligados” e “desligados” quando infectadas pelo vírus. Para isso, conduziram experimentos onde dividiram as plantas em dois grupos:

• Plantas do grupo A tiveram contato com ácaros infectados pelo vírus CiLV-C
• Plantas do grupo B tiveram contato somente com ácaros, mas sem o vírus CiLV-C

Folhas dessas plantas eram coletadas em diferentes tempos: 0 horas, 6 horas, 2 dias e 6 dias após o contato com o ácaro. Aplicou-se então a técnica de sequenciamento do RNA (RNA-seq). Diferentemente do sequenciamento do DNA, que permite identificar todos os genes presentes em um organismo (genoma), o sequenciamento do RNA permite observar quais genes estão ativos e inativos (transcriptoma) – ou seja, revela quais genes são importantes para o organismo naquele processo da interação da planta, seja com o ácaro seja com o ácaro e o vírus.

O RNA-seq é uma técnica relativamente custosa e que requer uma série de análises bioinformáticas. Portanto, seu uso deve ser minuciosamente planejado. Foram avaliados outros intervalos de tempo, incluindo até 10 dias após o contato entre os ácaros e as plantas. No entanto, os dados já indicavam que a principal interação entre a planta e o vírus ocorria logo no início desse contato.

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Os sintomas da leprose dos citros são uma defesa da planta contra o vírus

Os resultados do RNA-seq mostraram que, quando em contato com o vírus, a planta começa a reprogramar (desligar e ligar) cerca de 3 700 genes. Foi visto que esses genes estão relacionados a uma resposta de “defesa” e “alerta”. Em outras palavras, a planta entra em ação, ativando mecanismos químicos para isolar a região que foi infectada pelo vírus.

Os pesquisadores identificaram que uma série de mecanismos de defesa sendo ativados, entre eles a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), além de vários genes marcadores de uma resposta de hipersensibilidade. Essa resposta resulta na ‘morte’ das células, na região infectada pelo vírus, isolando-a e impedindo que o vírus se dissemine por toda a planta.

“É um tipo de resposta bastante interessante. Normalmente, associamos a presença de lesões a compostos químicos produzidos por invasores como microrganismos, insetos e animais. No entanto, neste caso, observamos a própria planta produzindo compostos químicos que eliminam suas próprias células para evitar a disseminação do vírus.” Dr. Marcos Antonio Machado

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Mas como a planta detecta a infecção pelo vírus da leprose?

Para responder a essa pergunta, os pesquisadores optaram por avaliar individualmente as proteínas que compõem o vírus CiLV-C em outra planta modelo, a N. benthamiana.

“Existem muitas metodologias já padronizadas que utilizam a N. benthamiana para estudo da produção de espécies reativas de oxigênio. Nosso objetivo era avaliar se alguma das proteínas do vírus faziam com que a planta produzisse essa resposta.” Dr. Marcos Antonio Machado

Dessa forma, os pesquisadores descobriram que a proteína P61 era a responsável por desencadear a produção de espécies reativas de oxigênio na planta. As espécies reativas de oxigênio, como O_– e H₂O₂, são tóxicas às células, levando-as à morte. Com isso há o desenvolvimento da lesão e o isolamento do vírus.

“Esses resultados nos levam a crer que a leprose dos citros é resultado de uma interação incompatível entre a planta e vírus. A planta já possui em seu “sistema imunológico” mecanismos para identificar a presença da proteína P61 do vírus e, assim, ativar seu sistema de defesa, evitando a proliferação do vírus nas células vegetais”.

A pesquisa realizada pelo grupo do Dr. Marcos Machado e pelas Dra. Juliana Freitas-Astúa e Dra. Gabriella Dias Arena deu passos significativos no esclarecimento dessa importante doença, abrindo caminho para o desenvolvimento de novos produtos agrícolas para controlar o vírus da leprose dos citros. Um exemplo é a utilização de RNA interferente, uma tecnologia moderna que pode contribuir para a sustentabilidade da produção de citros.”

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Referência

Arena, G. D., et al. Plant Immune System Activation Upon Citrus Leprosis Virus C Infection Is Mimicked by the Ectopic Expression of the P61 Viral Protein. Front. Plant Sci. 2020, doi: 10.3389/fpls.2020.01188.

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Laranjas transgênicas não são uma completa novidade. Variedades de citros geneticamente modificadas, por meio de biotecnologia, são desenvolvidas desde a década de 1990. No entanto, nenhuma chegou a ser cultivada com objetivo de comercialização de frutos – São restritas aos centros de pesquisa.

Nesse sentido, projeto do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) coordenado pelas pesquisadoras Dras. Juliana de Freitas Astúa (Embrapa Mandioca e Fruticultura) e Sílvia Dorta (Centro de Citricultura Sylvio Moreira-IAC) é o primeiro a apresentar tecnologia Bt em laranjas, já amplamente utilizada em culturas de milho, soja, cana-de-açúcar e algodão.

Estaríamos mais perto da primeira laranja transgênica comercial? Fica com a gente para descobrir o que é essa tecnologia, como ela foi introduzida em plantas de laranja e a importância desse trabalho para a citricultura.

A pior doença da citricultura

O grupo de pesquisa da Dra. Juliana tem buscado desenvolver novas tecnologias agrícolas para o controle de um inseto extremamente prejudicial à citricultura, o psilídeo Diaphorina citri.

Esse inseto é o vetor da bactéria Candidatus Liberibacter spp., que causa o greening (huanglongbing/HLB), a pior doença da citricultura na atualidade. Isso significa que o inseto é responsável por espalhar a bactéria (consequentemente a doença) para as plantas do pomar.

Não existe cura para as plantas doentes e as árvores afetadas apresentam grande redução na produção. Dessa forma, a principal medida de controle dessa doença é a eliminação das árvores infectadas pela bactéria. Cujo objetivo é frear a disseminação da doença. Uma medida complementar é reduzir a população dos insetos vetores (o que tem aumentado o uso de inseticidas nos pomares).

Alternativas complementares a essas estratégias são de grande importância para sustentabilidade da citricultura. É aqui que entra a nova tecnologia agrícola desenvolvida pelo time da Dra. Juliana, uma laranja transgênica para controle da D. citri.

Plantas transgênicas não são todas iguais

Plantas transgênicas são aquelas que possuem em seu genoma sequências genéticas (genes) de uma espécie não compatível sexualmente, pode ser uma planta, um microrganismo, um animal ou qualquer organismo vivo.

No desenvolvimento de uma planta transgênica, a escolha do gene é uma etapa crucial. É ele que vai conferir uma nova característica para a planta.

As primeiras plantas de laranja transgênica com tecnologia Bt

A tecnologia Bt surgiu com o estudo da bactéria Bacillus thuringiensis (Bt), um microrganismo amplamente encontrado no solo e que possui em seu DNA genes que codificam proteínas inseticidas, conhecidas como cristais Bt ou proteínas Bt.

Existem centenas de genes que codificam proteínas Bt (genes cry). Não são todos os insetos que são afetados por essas proteínas, e existe todo um estudo para avaliar a especificidade de cada um. A primeira variedade comercial com tecnologia Bt a ser cultivada foi uma variedade de milho (1996).

Desde então, muitas outras plantas Bt foram adotadas por agricultores e se mostram uma tecnologia sustentável, uma vez que, entre outros benefícios, reduzem a aplicação de inseticidas.

“Há anos, culturas expressando genes de Bt vêm sendo utilizadas com sucesso para o controle de insetos e esses precedentes podem viabilizar o uso da tecnologia também nos citros.” Dra. Juliana Astúa – Pesquisadora Embrapa Mandioca e Fruticultura.

O grupo de pesquisa da Dra. Juliana Astúa estuda há alguns anos a capacidade da bactéria B. thuringiensis controlar o inseto transmissor da pior doença dos citros. Em um trabalho já publicado, eles comprovam a eficiência do Bt no controle da D. citri.

Desde então o gene responsável pela produção da proteína inseticida foi estudado, caracterizado e então nomeado de cry11A. Com isso, foi possível transferir esse gene da bactéria para plantas de laranja doce (Citrus sinensis L. Osbeck).

“Os trabalhos iniciais de identificação de isolados de Bt capazes de causar mortalidade de ninfas dos psilídeos dos citros começaram há cerca de 10 anos. Posteriormente, deu-se início ao trabalho de transformação genética de plantas de laranja, realizado pela Dra Sílvia Dorta.” Dra. Juliana Astúa – Pesquisadora Embrapa Mandioca e Fruticultura.

Ajudando a planta no combate a pragas

As plantas de laranja com o gene cry11A foram desenvolvidas pela técnica de transformação genética. É uma técnica em que os pesquisadores “copiam” a sequência genética de um organismo (nesse caso o gene cry11A) e transferem para outro (nesse caso plântulas de laranja).

É um trabalho bastante demorado, cheio de etapas e diferentes técnicas de biologia molecular. Após a transformação genética ainda é preciso confirmar que o gene foi realmente introduzido, se ele está funcional e se nenhuma outra característica da planta foi alterada.

Para isso, são desenvolvidos diversos experimentos, realizados em ambientes fechados, controlados e com devidas autorizações de biossegurança.

Tudo isso foi realizado pelo grupo de pesquisa. O resultado foram 21 plantas de laranja Bt capazes de controlar o inseto D. citri. Essas plantas ainda serão mais bem estudadas até que uma laranja Bt seja escolhida como candidata a uma possível variedade comercial de laranja transgênica.     

“É um trabalho bastante promissor e que mostra a viabilidade da tecnologia Bt em plantas de laranja. No entanto, ainda queremos aumentar a eficiência da tecnologia. Só então poderemos pensar em testes de campo.” Dra. Juliana Astúa – Pesquisadora Embrapa Mandioca e Fruticultura.

A laranja transgênica Bt pode ser uma importante ferramenta adicional para auxiliar no manejo da pior doença dos citros, pois pode reduzir a frequência de pulverizações de inseticidas nos pomares e a transmissão da bactéria que causa doença em plantas de laranja.

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Bacillus thuringiensis e genes de grande importância

A laranja transgênica desenvolvida pelo grupo de pesquisa da Dra. Juliana tem como base uma bactéria já conhecida na agricultura, a espécie Bacillus thurigiensis (Bt).

Existe uma grande diversidade de bactérias Bt, cada uma com diferentes genes responsáveis por produzirem proteínas “cristais” com ação inseticida.

Essa característica das bactérias Bt fez dela um dos microrganismos mais estudados pela ciência agrícola e tem sido muito utilizada no controle de insetos.

Não existe laranja transgênica sendo comercializada

Vamos deixar claro que não, você ainda não encontra nenhum tipo de laranja transgênica ou quaisquer outros citros transgênicos sendo vendido em supermercados ou feiras.

Muitas das variedades geneticamente modificadas (GM) de laranja, pelos centros de pesquisa, foram desenvolvidas para prova de conceito – mostrar que é possível realizar a transformação genética em citros, desenvolver metodologias mais eficientes e avaliar o funcionamento de genes nessas plantas.

Apesar de também terem sido desenvolvidas plantas de laranja transgênica tolerantes às principais doenças dessa cultura nenhuma variedade foi submetida ao processo de aprovação realizado por órgãos de biossegurança e essencial para liberação comercial.

O principal motivo para ainda não haver laranjas transgênicas sendo comercializadas pelo mundo está relacionado aos custos envolvidos no processo de aprovação pelos órgãos reguladores, aceitação dessa tecnologia pelos citricultores e consumidores.

Por isso a importância na divulgação de pesquisas desse tipo para a sociedade – conscientizar as pessoas de que plantas transgênicas são seguras e podem ser consumidas sem medo algum. A adoção de plantas transgênicas pelos agricultores visa o manejo mais sustentável das culturas.

Referência

Dorta, S. O., et al. Genetic transformation of ‘Hamlin’ and ‘Valencia’ sweet orange plants expressing the cry11A gene of Bacillus thuringiensis as an additional tool for the management of Diaphorina citri (Hemiptera: Liviidae). DOI: 10.1016/j.jbiotec.2023.04.007

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