O estudo de uma equipe do CONICET descreve pela primeira vez a atividade da proteína “MBD4L” na reparação de danos genéticos sofridos pelas sementes quando armazenadas. A pesquisa representa uma contribuição valiosa para futuros desenvolvimentos biotecnológicos para a agricultura.

   Os especialistas do CONICET descreveram pela primeira vez a função chave de uma enzima reparadora de DNA, chamada MBD4L, na germinação de sementes e na prevenção do seu envelhecimento durante o armazenamento. As suas descobertas, publicadas recentemente no The Plant Journal, abrem novas perspectivas sobre a importância desta enzima nas fases iniciais da vida das plantas e podem ter aplicações significativas na agricultura e na biotecnologia.

   “O envelhecimento das sementes é um processo que leva ao acúmulo de danos às suas moléculas e ao seu genoma. É um problema porque as sementes envelhecidas têm menor viabilidade e vigor, o que pode resultar em colheitas menos produtivas. Embora o envelhecimento ocorra naturalmente, também pode ser agravado por certas condições climáticas, como alta umidade relativa e temperaturas extremas”, explica Ignacio Lescano López, pesquisador do CONICET na Unidade de Estudos Agrários (UDEA, CONICET-INTA) e primeiro autor do trabalho.

   Já se sabe que essas mutações no genoma devem ser reparadas antes da germinação, para que não sejam transmitidas à próxima geração e possam prejudicar o crescimento e a sobrevivência da planta. “Neste estudo, verificamos que o MBD4L é necessário para ativar um mecanismo que remove erros acumulados no DNA, denominado sistema de reparo por excisão de base (BER). Vimos que a atividade da enzima ocorre durante a embebição, que é o processo de absorção de água da semente momentos antes da germinação. Com a embebição, o metabolismo da semente começa a ser ativado, assim como esses sistemas de reparo do DNA”, destaca Lescano.

   Para investigar os efeitos do MBD4L na germinação, os cientistas utilizaram sementes de uma planta modelo, Arabidopsis thaliana, com diferentes níveis da enzima. Por um lado, demonstraram que sementes mutantes que não produzem a enzima sofrem atraso na germinação e apresentam menor viabilidade após um ano de armazenamento. Por sua vez, obtiveram linhagens transgênicas que produzem mais cópias de MBD4L e observaram que suas sementes apresentam melhor resposta de reparo e germinação mais rápida. “Ao ver as duas faces da mesma moeda, a falta e o excesso da enzima, confirma-se sua função nas plantas”, comenta María Elena Álvarez, pesquisadora do CONICET do Centro de Pesquisas em Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC, CONICET-UNC) e diretor da equipe.

   Segundo os autores, esses achados podem ser de grande relevância para o desenvolvimento de ferramentas biotecnológicas que promovam a viabilidade das sementes e as tornem mais resistentes ao envelhecimento. “Em 2022, apresentamos os nossos resultados numa conferência internacional sobre respostas moleculares em plantas às alterações climáticas e recebemos um bom feedback. No atual contexto de mudanças globais, um dos problemas é o aumento da temperatura nos locais onde as sementes são conservadas. Portanto, é fundamental encontrar formas de manter e melhorar a qualidade das sementes armazenadas para garantir uma produção agrícola sustentável”, afirma Lescano.

   Embora a função desta enzima de reparação genética em mamíferos seja conhecida há muito tempo, o seu equivalente em plantas tem sido menos investigado. A equipe liderada por María Elena Álvarez tem uma história de dez anos de estudo da atividade do MBD4L em Arabidopsis thaliana.

   “Vários estudiosos têm seguido essa linha de pesquisa, trazendo conhecimentos diversos sobre a enzima. Nosso interesse é conhecer seus efeitos nas diferentes condições em que a planta está submetida ao estresse. Em uma pesquisa anterior, mostramos pela primeira vez, através de experimentos in vivo, que a enzima é ativada em plantas contra danos gerados por agentes genotóxicos. Então, no presente trabalho, buscamos detectar a atividade do MBD4L em alguma fase da vida da planta, em condições fisiológicas. Assim, escolhemos a semente como modelo para estudar o reparo das lesões que ocorrem no DNA durante o tempo em que ela fica preservada em estado dormente”, afirma o cientista.

   Também participaram da pesquisa publicada este ano no The Plant Journal José R. Torres, atualmente pós-doutorando do CONICET no Instituto de Pesquisas Fisiológicas e Ecológicas Vinculadas à Agricultura (IFEVA, CONICET-UBA), e Nicolás Cecchini, pesquisador do CONICET em o CIQUÍBICO.

   “Estamos abertos a colaborar com especialistas da área aplicada e de biotecnologia que tenham interesse no tema. Temos muitas ferramentas para monitorizar a atividade da enzima e saber se está ativa ou não, sabemos onde e como estudá-la e embora ainda não tenhamos modelos de plantas de interesse agronômico, estamos abertos a realizar este tipo de estudos. Este é um exemplo de que os desenvolvimentos aplicados são fruto de uma longa história de investimento em pesquisa básica, cuja continuidade depende do apoio de jovens cientistas que serão os novos líderes da ciência argentina”, conclui Álvarez.

*Lescano López, I., Torres, J. R., Cecchini, N. M., & Alvarez, M. E. (2024). Arabidopsis DNA glycosylase MBD4L improves recovery of aged seeds. The Plant Journal, 119(4), 2021-2032. Doi: https://doi.org/10.1111/tpj.16907