Cientistas modificam plantas geneticamente para produzir mais óleo vegetal – ScienceDaily

Cientistas da Nanyang Technological University, Cingapura (NTU Singapore) modificaram geneticamente com sucesso uma proteína vegetal responsável pelo acúmulo de óleo em sementes de plantas e nozes comestíveis.

Demonstrando seu método com patente pendente, a planta modelo Arabidopsis acumulou 15 a 18 por cento mais óleo em suas sementes quando foi cultivada com a proteína modificada em condições de laboratório.

Encontrar maneiras de fazer com que as plantações produzam mais óleo em suas sementes é um santo graal para a indústria agrícola. No entanto, a maioria das culturas produtoras de óleo – como dendê, soja, girassol, colza, amendoim – já possui uma alta porcentagem de óleo em seus frutos ou sementes, e é difícil aumentar seu teor de óleo por meio de métodos tradicionais de cruzamento de culturas. .

Os óleos vegetais são comumente usados ​​no processamento de alimentos, biocombustíveis, sabões e perfumes, e o mercado global para eles é estimado em US$ 241,4 bilhões em 2021 e deve aumentar para US$ 324,1 bilhões até 2027[1]. Aumentar a produção de óleo das plantas também pode ajudar o mundo em sua busca pela sustentabilidade, ajudando a reduzir a quantidade de terra arável necessária para as culturas produtoras de óleo.

O segredo para ajudar as plantas a armazenar mais óleo em suas sementes é uma de suas proteínas chamada WRINKLED1 (WRI1). Os cientistas sabem há mais de duas décadas que o WRI1 desempenha um papel importante no controle da produção de óleo de sementes de plantas.

Agora, pela primeira vez, uma estrutura de alta resolução do WRI1 foi fotografada e relatada pela equipe da NTU, liderada em conjunto pelo professor associado Gao Yonggui e pelo professor assistente Ma Wei, da Escola de Ciências Biológicas.

Publicado na revista científica Avanços da Ciênciaa equipe detalhou a estrutura molecular do WRI1 e como ele se liga ao DNA da planta – que sinaliza para a planta quanto óleo deve ser acumulado em suas sementes.

Com base no entendimento revelado pela estrutura atômica do complexo WRI1-DNA, a equipe modificou o WRI1 para aumentar sua afinidade pelo DNA em uma tentativa de melhorar o rendimento do petróleo. Nesta abordagem, algumas porções em WRI1 foram selecionadas para modificações para melhorar sua ligação ao DNA e várias formas de WRI1 foram produzidas.

Esses WRI1s candidatos foram então testados para avaliar sua capacidade de ativar a produção de óleo nas células vegetais. Como esperado pela equipe, eles mostraram que suas versões modificadas do WRI1 aumentaram a ligação ao DNA em dez vezes em comparação com o WRI1 original – levando a um maior teor de óleo em suas sementes.

O Prof. Assoc Gao, um biólogo estrutural, disse: “Ser capaz de ver exatamente como o WRI1 se parece e como ele se liga ao DNA responsável pela produção de óleo na planta foi a chave para entender todo o processo. O WRI1 é um regulador essencial que informa a planta quanto óleo armazenar em suas sementes. Assim que conseguimos visualizar a ‘fechadura’, projetamos a ‘chave’ que pode liberar o potencial do WRI1.”

Como funciona a modificação do WRI1

Analisando no nível atômico, a estrutura cristalina da proteína WRI1 e as fitas de DNA de dupla hélice às quais ela se liga, a equipe notou que esse domínio de ligação ao DNA foi amplamente conservado. Isso significa que houve pouca ou nenhuma variação, sugerindo que poderia ser um mecanismo de ligação comum para muitas espécies de plantas.

Usando essa estrutura cristalina do WRI1 como ‘alvo’, a equipe procurou modificar o WRI1 para aumentar a afinidade de ligação da proteína com seu DNA alvo. As instruções para codificar essa proteína WRI1 modificada são então introduzidas nas células-alvo da planta, após o que a planta usará esse novo ‘conjunto de instruções’ sempre que produzir WRI1.

Em experimentos de laboratório para observar como o WRI1 modificado afeta o acúmulo de óleo, tanto a proteína modificada quanto a forma não modificada foram injetadas em Nicotiana benthamiana folhas, e uma análise dos níveis de triacilglicerol (a principal forma de lipídio dietético em gorduras e óleos) foi realizada. A proteína WRI1 modificada gerou picos mais significativos na produção de triacilglicerol em comparação com a planta controle introduzida com a forma não modificada de WRI1.

Experimentos subseqüentes mostraram que o teor de óleo nas sementes do Arabidopsis thaliana continha mais óleo do que a forma não modificada. A prole desta planta geneticamente modificada também terá a mesma proteína WRI1 modificada e produzirá mais óleo em suas sementes.

Asst Prof Ma, um biólogo molecular de plantas que estuda o WRI1 desde seu treinamento de pós-doutorado, disse que modificar o WRI1 para melhorar sua ligação ao DNA foi um movimento lógico para a equipe.

“Sabemos que o WRI1 é uma proteína que se liga à sequência de DNA de uma planta e desencadeia uma cadeia específica de instruções que regula o acúmulo de óleos nas sementes. Quanto mais forte a ligação, mais óleo a planta concentrará em suas sementes. Portanto, optamos por melhorar essa porção do WRI1 que se liga ao DNA alvo, que é altamente conservado em muitas plantas com sementes. Ser altamente conservado significa que muitas espécies de plantas terão exatamente o mesmo mecanismo que pode ser modificado, portanto, devemos ser capaz de traduzir nossa modificação de produção de óleo facilmente para muitos tipos diferentes de culturas no futuro.” Asst Prof Ma explicou.

“O óleo de semente vegetal é vital para a dieta humana e é usado em muitas aplicações industriais importantes. A demanda global por óleo vegetal está aumentando muito rapidamente e nossa pesquisa contribui para os esforços para melhorar a produção de óleo de semente de maneira sustentável e potencialmente reduzindo o impacto ambiental da agricultura”. Asst Prof Ma acrescentou.

Seguindo em frente, a equipe registrou uma patente para seu método de modificação genética por meio do NTUitive, o escritório de inovação e empreendimento da Universidade, e está procurando parceiros da indústria para comercializar sua invenção.

Esta pesquisa está alinhada com o plano estratégico NTU2025 e o Manifesto de Sustentabilidade da Universidade, onde visa pesquisar e desenvolver novas tecnologias para um futuro mais verde.

Dando um comentário de especialista independente, Michael Fam Chair Professor William Chen, Diretor do Programa de Ciência e Tecnologia de Alimentos da NTU, disse que existem algumas maneiras de combater a fome mundial, inclusive aumentando a quantidade de alimentos produzidos ou aumentando as calorias e o valor nutricional de os alimentos produzidos.

“Em um mundo que tem terras aráveis ​​limitadas para a agricultura, tecnologias avançadas para cultivar mais alimentos com maior valor nutricional são necessárias se quisermos combater a fome mundial. Quando podemos aumentar o teor de gordura em sementes e nozes comestíveis, uma pessoa pode comer um quantidade menor, mas ainda se sente satisfeito, devido ao aumento das calorias consumidas”, disse o professor Chen, especialista em segurança alimentar que não participou deste estudo.

“Portanto, em vez de cultivar mais para alimentar mais pessoas, devemos também procurar métodos em que as colheitas tenham mais calorias e nutrição, para que a mesma quantidade de comida possa alimentar mais pessoas”.

O estudo da NTU é apoiado por bolsas do Ministério da Educação (MOE) de Cingapura Tier 1 e Tier 2, que geralmente concedem projetos de pesquisa em uma base competitiva de até US$ 200.000 e US$ 1 milhão, respectivamente.

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