Nosso mundo está passando por mudanças climáticas que desencadearam uma série de interrupções calamitosas na produção agrícola e na segurança alimentar geral.

   Das devastações dos tufões tropicais às secas cada vez mais penetrantes e severas, parece que a Natureza está alardeando sua tentativa bastante ruidosa de nos fornecer uma nova ordem. No contexto agrícola, plantas e animais têm que lidar com uma bateria de novas condições ecológicas que ultrapassam em muito seu ritmo natural de adaptação.

   “Os efeitos das mudanças climáticas já começaram a surgir e, sem dúvida, piorarão”, afirma um estudo de setembro de 2021 na Frontiers in Sustainable Food Systems. “Os declínios globais no rendimento e na adequação das culturas são projetados ao longo do século como resultado direto das mudanças climáticas.”

   Uma série de indústrias e campos da ciência estão investigando tecnologias inovadoras para mitigar os efeitos das mudanças climáticas na agricultura. Um desses métodos é a edição de genes, uma técnica que facilita modificações programáveis ​​e altamente precisas nos genomas dos organismos. Essas alterações podem envolver a exclusão, silenciamento ou inserção de genes desejados.

   Aqui estão cinco maneiras pelas quais a edição de genes está fornecendo uma resiliência climática muito necessária na agricultura:

   O estresse da seca cobra um alto preço na produtividade das culturas e é a principal causa da perda agrícola em todo o mundo. Usando técnicas de edição de genes, os cientistas são capazes de ajudar as plantas a se adaptarem a vários estresses abióticos causados ​​por mudanças climáticas, incluindo a seca. Outros estresses abióticos incluem salinidade, flutuações de temperatura (alta/baixa) e a presença de metais pesados ​​no solo.

   Quando as plantas são submetidas à seca, elas apresentam várias características à medida que se ajustam às condições. Para ajudar as plantas a tolerar estresses abióticos, incluindo a seca, os pesquisadores identificam os genes específicos que estão envolvidos e, em seguida, editam esses genes para facilitar a resiliência das plantas.

   “Alguns genes de plantas aumentam os efeitos deletérios de estresses abióticos, conhecidos como genes de sensibilidade (genes Se)”, afirma um artigo intitulado “CRISPR-Based Crop Improvements: A Way Forward to Achieve Zero Hunger”, publicado no Journal of Agricultural and Food Química.

   “Estratégias de edição de genoma, particularmente CRISPR-Cas, têm sido usadas em várias espécies de plantas, incluindo grãos, vegetais e frutas, para melhorar a tolerância ao estresse abiótico, interrompendo esses genes Se”.

   A pesquisa também está em andamento usando a edição de genes baseada em CRISPR para melhorar a tolerância à seca em trigo, mandioca, mamão, cana-de-açúcar e algodão.

   As mudanças climáticas podem aumentar a gravidade e a probabilidade de doenças nas plantas.

   “A maioria das doenças que afetam plantas e animais devem se tornar mais difundidas com as mudanças climáticas”, afirma um estudo publicado na Frontiers in Sustainable Food Systems. “O aumento da variedade de vetores, o aumento das temperaturas promovendo a reprodução de patógenos e os organismos hospedeiros se tornando mais suscetíveis a patógenos são algumas das muitas causas de agravamento de doenças causadas pelas mudanças climáticas.”

   Para combater os surtos iminentes, os cientistas vêm trabalhando para conferir resistência a doenças em gado e culturas alimentares sem o uso de pesticidas e fungicidas.

   Por exemplo, o vírus da raia da banana é ativado em condições de estresse, como seca e calor extremo, que devem acompanhar as mudanças climáticas na África, particularmente nas áreas onde as bananas são amplamente cultivadas como uma importante cultura alimentar. Para combater o problema, uma equipe de pesquisa liderada por Leena Tripathi, do Instituto Internacional de Agricultura Tropical em Nairóbi, no Quênia, foi pioneira na primeira aplicação da tecnologia de edição de genes CRISPR para desativar o vírus da raia da banana em bananas.

   No contexto mais amplo, salvo algumas exceções, as mudanças climáticas globais podem reduzir o rendimento das culturas e diminuir a produtividade da pecuária. À medida que as populações se expandem em muitas regiões, aumentando a demanda por alimentos, a queda nos rendimentos pode exercer uma forte pressão sob a eficiência da produção agrícola em áreas já limitadas de crescimento.

   Embora as técnicas tradicionais de melhoramento tenham sido usadas no passado para aumentar o rendimento das culturas, a crescente demanda por alimentos cria a necessidade de abordagens mais eficientes e simplificadas para o melhoramento das culturas para melhores rendimentos. A tecnologia CRISPR-Cas9 é a técnica mais promissora até agora para atender a essa necessidade.

   Uma série de edições genéticas produziram culturas mais resistentes com maiores rendimentos. No arroz, por exemplo, a edição de genes produziu linhas com rendimentos 11 a 68% maiores. O CRISPR/Cas9 também foi usado para aumentar o tamanho dos tomates, enquanto outras ferramentas de edição contribuíram para aumentar a massa muscular no gado.

   A salinidade do solo é um sério estresse abiótico que dificulta o crescimento das plantas, e espera-se que piore com as mudanças climáticas.

   “A expansão das terras aráveis ​​afetadas pelo sal emergiu como uma grande ameaça para a segurança alimentar mundial. Cerca de 6 por cento da área cultivada é destruída pela salinização do solo com uma adição contínua de 1 a 2 por cento a cada ano em todo o mundo, causando perdas significativas de rendimento de culturas de grãos básicos como milho, arroz e trigo”, observa o Frontiers in Sustainable Food Estudo de sistemas.

   Com a mudança climática, muitas vezes vem a escassez de água, o que força os agricultores a usar água de irrigação de menor qualidade que possivelmente contém sal, levando ao aumento da salinidade do solo. Cientistas estão projetando culturas que podem tolerar melhor secas extremas e salinidade do solo. A alta salinidade no solo tem afetado o cultivo de diversas culturas, como o tomate comercial. Os cientistas agora usaram com sucesso o CRISPR para conferir alta tolerância à salinidade em tomates.

   Em outro exemplo, cientistas da Huazhong Agricultural University e do Shanghai Agrobiological Gene Center eliminaram um gene do arroz para melhorar sua tolerância a concentrações elevadas de sal no solo.

   Herbicidas, juntamente com pesticidas e fungicidas, são produtos químicos importantes na agricultura global. É provável que seu valor cresça, uma vez que se descobriu que as mudanças climáticas alteram a abundância e a distribuição de pragas de insetos e os danos que causam. As ervas daninhas, indiscutivelmente o inimigo número 1 de um agricultor, causam danos colossais à agricultura global, reduzindo consideravelmente os rendimentos e as receitas dos agricultores. Na Índia, por exemplo, as estimativas mostraram que as ervas daninhas reduzem o rendimento das colheitas em 31,5%.

   O controle de ervas daninhas também tem um custo social. Em muitos países em desenvolvimento, mulheres e crianças estão envolvidas na capina manual, reduzindo sua capacidade de frequentar a escola ou buscar oportunidades econômicas.

   Alguns dos fatores que favorecem a proliferação do crescimento de ervas daninhas no contexto das mudanças climáticas incluem o aumento das concentrações de dióxido de carbono (CO2) e as mudanças associadas na temperatura e precipitação globais.

   “As ervas daninhas provavelmente mostrarão maior resiliência e melhor adaptação às mudanças nas concentrações de CO2 e ao aumento da temperatura em competição com as culturas devido ao seu conjunto genético diversificado e maior plasticidade fisiológica”, afirma um estudo realizado pelo Departamento de Agronomia da Kansas State University.

   As variações no clima também demonstraram influenciar o uso de herbicidas, inseticidas e fungicidas por meio de mudanças em sua eficácia e persistência. Uma das soluções propostas para mitigar o desafio inclui o desenvolvimento de novos produtos químicos, já que a tolerância das culturas aos produtos químicos deverá ser reduzida pelas mudanças climáticas.

   A edição de genes apresenta um contra-ataque eficaz ao problema. Em um excelente exemplo, os cientistas usaram a edição de genes mediada por CRISPR para desenvolver um alelo tolerante a herbicidas no arroz. Além de oferecer aos agricultores uma estratégia de manejo de ervas daninhas flexível e fácil, a resistência a herbicidas permite que os agricultores pratiquem a agricultura de plantio direto, o que ajuda a reduzir a erosão do solo e também minimiza as emissões de gases de efeito estufa por meio da redução do consumo de combustível fóssil e da perturbação do solo.

* Este artigo foi originalmente escrito por Joseph Maina, pesquisador e colaborador da “Alliance for Science” e pode ser acessado em: https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2022/01/5-ways-gene-editing-is-making-crops-climate-resilient/