Uma equipe do “Innovative Genomics Institute” da Universidade da Califórnia, Berkeley (UCB) produziu um aumento na expressão genética numa cultura alimentar, alterando o seu DNA regulador. Embora outros estudos tenham usado o CRISPR/Cas9 para eliminar ou diminuir a expressão genética, uma nova pesquisa publicada na “Science Advances” é a primeira abordagem imparcial para aumentar a expressão genética e a atividade fotossintética.

   “Ferramentas como CRISPR/Cas9 estão acelerando nossa capacidade de ajustar a expressão genética nas culturas, em vez de simplesmente deletar genes ou ‘desligá-los’. Pesquisas anteriores mostraram que esta ferramenta pode ser usada para diminuir a expressão de genes envolvidos em compromissos importantes, como aqueles entre a arquitetura da planta e o tamanho do fruto", disse Dhruv Patel-Tupper, autor principal do estudo e ex-pesquisador de pós-doutorado na o Laboratório Niyogi da UCB.

   “Este é o primeiro estudo, até onde sabemos, em que perguntamos se podemos usar a mesma abordagem para aumentar a expressão de um gene e melhorar a atividade subsequente de forma imparcial”.

   Ao contrário das estratégias da biologia sintética que utilizam genes de outros organismos para melhorar a fotossíntese, os genes envolvidos no processo de fotoproteção são encontrados naturalmente em todas as plantas.

   Inspirado por um estudo da Nature Communications de 2018 que melhorou a eficiência do uso da água de uma cultura modelo ao superexpressar um desses genes, PsbS, em plantas, o laboratório Niyogi e seu líder Kris Niyogi queriam descobrir como alterar a expressão de genes nativos em uma planta sem adicionar DNA estranho (ou de outras espécies).

   Segundo a Organização para a Alimentação e Agricultura (FAO), o arroz fornece pelo menos 20% das calorias mundiais e, por ter apenas uma cópia de cada um dos três principais genes fotoprotetores nas plantas, era um sistema modelo ideal para este estudo de edição de genes.

   O laboratório Niyogi realizou este trabalho como parte do “Realizing Increased Photosynthetic Efficiency” (RIPE), um projeto de pesquisa internacional liderado pela Universidade de Illinois que visa aumentar a produção global de alimentos através do desenvolvimento de culturas alimentares que convertem a energia do sol em alimentos de forma mais eficiente com apoio da Fundação Bill & Melinda Gates, da Fundação de Pesquisa Alimentar e Agrícola e do Escritório de Relações Exteriores, da Commonwealth e do Desenvolvimento do Reino Unido.

   O plano do laboratório era usar CRISPR/Cas9 para alterar o DNA a montante do gene alvo, que controla quanto do gene é expresso e quando. Eles se perguntaram se, e, em que medida essas mudanças impactariam a atividade “downstream”. Até eles ficaram surpresos com os resultados.

   As mudanças no DNA que aumentaram a expressão genética foram muito maiores do que esperávamos e maiores do que realmente vimos em outras histórias semelhantes”, disse Patel-Tupper, agora bolsista de política científica e tecnológica da AAAS no USDA.

   “Ficamos um pouco surpresos, mas acho que isso mostra quanta plasticidade as plantas e as culturas têm. Eles estão habituados a estas grandes mudanças no seu DNA após milhões de anos de evolução e milhares de anos de domesticação. "Como salientam os biólogos vegetais, podemos tirar partido dessa 'margem de manobra' para fazer grandes mudanças em apenas alguns anos para ajudar as plantas a crescerem de forma mais eficiente ou a adaptarem-se às alterações climáticas."

   Neste estudo, os pesquisadores do RIPE aprenderam que inversões do DNA regulador resultaram no aumento da expressão genética de PsbS. Exclusivo para este projeto, depois de ter sido feito um grande investimento em DNA, os membros da equipe conduziram uma experiência de sequenciação de RNA para comparar como a atividade de todos os genes no genoma do arroz mudou com e sem as suas modificações.

   O que encontraram foi um número muito pequeno de genes expressos diferencialmente, muito menor do que estudos semelhantes de transcriptoma, sugerindo que a sua abordagem não comprometeu a atividade de outros processos essenciais.

   Patel-Tupper acrescentou que embora a equipe tenha mostrado que esse método é possível, ele permanece relativamente raro. Cerca de 1% das plantas geradas tinham o fenótipo desejado.

   "Aqui mostramos uma prova de conceito: podemos usar CRISPR/Cas9 para gerar variantes em genes-chave de culturas e obter os mesmos avanços que obteríamos em abordagens tradicionais de melhoramento de plantas, mas em uma característica muito focada que queremos modificar e em um período de tempo muito mais rápido", disse Patel-Tupper.

   “É definitivamente mais difícil do que usar uma abordagem de plantas geneticamente modificadas, mas ao mudar algo que já existe, podemos evitar questões regulatórias que podem retardar a rapidez com que ferramentas como esta chegam às mãos dos agricultores”.

*Esta notícia foi divulgada pela “Chilebio” e pode ser acessada em seu idioma original através de: https://chilebio.cl/2024/06/07/un-equipo-de-investigacion-utiliza-crispr-cas9-para-alterar-la-fotosintesis-por-primera-vez/

*FOTO: Projeto RIPE