Apesar dos esforcos internacionais em melhoramento, dos avancos na agronomia e no manejo eficaz de pragas e doencas que acometem a cana-de-acucar, a cultura agricola tem apresentado limitacao de desenvolvimento do colmo. Essa limitacao fisica do caule da planta tem contribuido para restringir o teor de sacarose e de biomassa possiveis de serem obtidos dela para producao de acucar e de etanol celulosico, apontam especialistas na area.
"Quebrar essa limitacao de desenvolvimento da cana-de-acucar de forma substancial pelo melhoramento convencional da cultura [por cruzamento de variedades] tem sido dificil", disse Marcelo Menossi, professor do Departamento de Genetica, Evolucao e Bioagentes do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (IB-Unicamp), a Agencia FAPESP.
Menossi, em colaboracao com estudantes de pos-graduacao orientados por ele e colegas do Laboratorio Nacional de Ciencia e Biotecnologia do Bioetanol (CTBE, na sigla em ingles), do Sugar Research Australia e da Martin Luther University Halle-Wittenberg, da Alemanha, descobriu que a resposta para transpor a barreira da limitacao de rendimento da cana pode estar em um gene chamado ScGAI.
Em estudo feito durante um projeto vinculado ao Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN), eles constataram que o ScGAI e um regulador molecular chave do crescimento e desenvolvimento da cana.
Ao manipular a atividade desse gene em linhagens transgenicas de cana, desenvolvidas na Australia, foi possivel aumentar substancialmente o colmo e causar mudancas na alocacao de carbono para moleculas estruturais e de armazenamento do cultivar, revelaram os pesquisadores em um artigo publicado no Journal of Experimental Botany.
"A cana da qual alteramos a expressao do gene ScGAI se desenvolveu muito mais rapidamente. Isso abre a perspectiva de desenvolver uma variedade de cana-energia que amadureca mais rapido e aumente a producao de biomassa por unidade de tempo", disse Menossi.
A descoberta foi derivada do trabalho de doutorado de Rafael Garcia Tavares, feito no IB-Unicamp sob orientacao de Menossi com Bolsa da FAPESP.
Durante o estudo, observou-se que o gene ScGAI medeia a regulacao de alguns hormonios de crescimento de plantas comumente usados em lavouras de cana, como o etileno e as giberelinas.
Usadas em larga escala para melhorar o crescimento e o rendimento de muitas culturas horticolas e agricolas, as giberelinas aceleram o amadurecimento da cana ao desencadear a rapida degradacao das proteinas DELLA e impedir que interajam e degradem outras proteinas que estimulam o crescimento da planta.
"Ao contrario das giberelinas, o etileno, que costuma ser aplicado nos canaviais na fase de maturacao da cana, quando o agricultor nao quer que a planta continue crescendo e acumulando folhas, mas so continue acumulando sacarose, estabiliza a proteina DELLA e permite que ela interaja e degrade outras proteinas promotoras de crescimento", explicou Menossi. "Esse papel da proteina DELLA como reguladora de crescimento da cana-de-acucar, porem, ainda nao estava muito claro."
Patenteamento do metodo de manipulacao
A fim de compreender melhor o papel da proteina DELLA como reguladora de crescimento da cana-de-acucar - especialmente no desenvolvimento do colmo -, os pesquisadores fizeram um experimento em que alteraram a expressao do gene ScGAI em linhagens de uma variedade de cana transgenica australiana.
Em algumas linhagens da cana transgenica o gene ScGAI foi silenciado de modo a diminuir a producao de proteina DELLA e impedir que ela interagisse e degradasse outras proteinas importantes para o desenvolvimento da planta.
Em outras linhagens transgenicas da planta permitiu-se que o gene fosse superexpresso com o objetivo de aumentar a producao de DELLA e estabiliza-la, de modo a permitir que interagisse e degradasse outras proteinas promotoras de crescimento.
As analises da comparacao do crescimento das plantas apos quatro meses apontaram que as linhagens transgenicas de cana-de-acucar com superexpressao do gene ScGAI apresentaram crescimento atrofiado, internodios (gomos) mais curtos e metabolismo energetico prejudicado.
Ja as plantas cujo gene foi silenciado eram mais altas, tiveram rapido alongamento dos internodios, maior producao de fitomeros - unidade que compreende um nodulo e um entreno, suas gemas axilares e folhas anexas - e maior alocacao de carbono para o caule.
"O estudo mostrou claramente que o gene ScGAI e um componente fundamental para o desenvolvimento da cana e pode ser um alvo de manipulacao genetica de modo a permitir interferir na velocidade de crescimento e desenvolvimento da planta pela regulacao da proteina DELLA", apontou Menossi.
Os pesquisadores iniciaram o processo de patenteamento do metodo de manipulacao do gene ScGAI para aumentar a quantidade de proteina DELLA na cana-de-acucar e possibilitar que a planta se desenvolva mais rapido. A tecnologia ja despertou o interesse de duas empresas.
"O proximo passo da pesquisa e realizar ensaios em campo para verificar se conseguimos obter os mesmos resultados que tivemos com o cultivo das linhagens transgenicas com o gene manipulado em casa de vegetacao", disse Menossi.
O artigo ScGAI is a key regulator of culm development in sugarcane (doi: 10.1093/jxb/ery180), de Rafael Garcia Tavares, Prakash Lakshmanan, Edgar Peiter, Anthony O'Connell, Camila Caldana, Renato Vicentini, Jose Sergio Soares e Marcelo Menossi, pode ser lido no Journal of Experimental Botany emacademic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/ery180/4996041. Agencia Fapesp
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