Um guia através do genoma — ScienceDaily

As plantas apresentam uma enorme variedade de características relevantes para o melhoramento, como altura da planta, rendimento e resistência a pragas. Um dos maiores desafios na pesquisa moderna de plantas é identificar as diferenças na informação genética que são responsáveis ​​por essa variação. Uma equipe de pesquisa liderada pelo grupo de trabalho “Crop Yield” do Institute for Molecular Physiology da Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) e da Carnegie Institution of Science em Stanford desenvolveu um método para identificar com precisão essas diferenças especiais na informação genética. Usando o exemplo do milho, eles demonstram o grande potencial de seu método na revista Genome Biology e apresentam regiões no genoma do milho que podem ajudar a aumentar a produtividade e a resistência a pragas durante a reprodução.

O projeto de todos os organismos está codificado em seu DNA. Isso inclui os genes que codificam as proteínas e determinam as características inerentes de um organismo. Além disso, existem outras seções importantes do DNA, em particular as regiões que controlam a regulação dos genes, ou seja, quando, em que condições e em que medida os genes são ativados.

Em comparação com os genes, no entanto, essas regiões reguladoras – também conhecidas como “elementos cis” – são difíceis de encontrar. São as mudanças precisamente nesses elementos de DNA que são amplamente responsáveis ​​pelas diferenças entre organismos – e, portanto, também entre diferentes variedades de plantas.

Nas últimas décadas, os pesquisadores descobriram que as regiões reguladoras são os locais de ligação de proteínas específicas. Conhecidos como fatores de transcrição, são eles que determinam quando e por quanto tempo os genes são ativados.

O co-autor Dr. Thomas Hartwig, que chefia o grupo de pesquisa Crop Yield no HHU’s Institute for Molecular Physiology e o Max Planck Institute for Plant Breeding Research (MPIPZ) em Colônia: resistência entre os milhões e milhões de diferenças genômicas não causativas é a busca definitiva por uma agulha no palheiro.”

“Ao contrário dos genes que codificam proteínas, os locais reguladores geralmente não podem ser identificados com base apenas na sequência. Isso os torna muito difíceis de identificar. Nosso método usa plantas híbridas para medir os efeitos diretos da variação na sequência do DNA na ligação do fator de transcrição”, diz o líder autor Professor Dr. Zhi-Yong Wang da Carnegie Institution for Science.

O estudo foi desenvolvido em cooperação com pesquisadores do Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Pesquisa de Plantas Agrícolas (IPK) em Gatersleben, bem como da Universidade de Nebraska-Lincoln e da Universidade Estadual de Iowa, nos EUA.

Usando híbridos, ou seja, a primeira geração de plantas criadas pelo cruzamento de duas variedades, a equipe de pesquisa pode comparar quais regiões regulatórias diferem em todo o genoma. Co-autor Dr. Julia Engelhorn: “Nosso método analítico nos permite medir com precisão se os fatores de transcrição se ligam mais ao genoma materno ou paterno”. Esse procedimento também permitiu à equipe identificar milhares de diferenças associadas a características, como rendimento e resistência a pragas no milho.

A tecnologia foi demonstrada para um fator de transcrição na via dos brassinosteróides, um hormônio relacionado ao crescimento e à doença. O diretor do instituto, professor Dr. Wolf B. Frommer: “A equipe identificou milhares de variações genômicas que podem explicar por que uma variedade de milho se comporta de maneira diferente em termos de rendimento ou resistência a doenças. Além disso, a equipe conseguiu mostrar que essas diferenças são quase igualmente genética e epigenética”. Este último descreve processos que influenciam a atividade do gene sem serem codificados na própria sequência de DNA.

Um resultado central do estudo é uma lista de mais de 6.000 regiões do genoma que podem ser direcionadas para o melhoramento de plantas. Estes podem incluir regiões através das quais as características positivas são expressas em certas variedades de milho que faltam a outras plantas.

Hartwig: “Saber onde no genoma os métodos modernos de melhoramento podem ser aplicados para transferir características de certas variedades para outras é de grande importância para a biotecnologia. Nosso estudo pode servir como um guia sobre como encontrar essas interessantes regiões do genoma.” O professor Frommer acrescenta: “Os resultados do estudo estabelecem as bases para o uso de técnicas modernas para cultivar novas variedades de milho, combinando habilmente as variantes ideais”.

O estudo recebeu financiamento do CEPLAS Cluster of Excellence no HHU, da German Research Foundation (DFG), da Carnegie Institution for Science, do Alexander von Humboldt Professor Wolf B. Frommer, do US National Institutes of Health e do Ministério de Assuntos Econômicos , Turismo, Agricultura e Silvicultura da Saxônia-Anhalt.

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