Flores feitas para robôs: edição genética e IA aceleram o melhoramento vegetal
Cientistas da Academia Chinesa de Ciências combinaram a edição genética (CRISPR) com robôs equipados com IA para redesenhar flores de tomate e soja. Ao criar plantas estéreis com estigmas expostos, eles permitiram que robôs realizassem a polinização cruzada (muito mais eficiente do que os esforços humanos) 24 horas por dia, reduzindo drasticamente o tempo de reprodução e abrindo caminho para culturas mais saborosas, resistentes e sustentáveis.
Durante milênios, o desenvolvimento de culturas resilientes dependeu da polinização, seja ela natural ou artificial, tornando o processo demorado e, muitas vezes, caro. Agora, cientistas do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento (IGDB) da Academia Chinesa de Ciências reinventaram o processo de polinização, desenvolvendo um novo sistema que utiliza a edição genética para criar flores que podem ser facilmente polinizadas por robôs controlados por IA trabalhando 24 horas por dia.
O sistema, conhecido como Edição Genômica com Robôs Baseados em Inteligência Artificial (GEAIR), aborda um antigo obstáculo à polinização: o melhoramento genético híbrido, que envolve a polinização cruzada entre diferentes plantas-mãe, produzindo culturas mais produtivas e resilientes. No entanto, o gerenciamento da polinização exige trabalho manual lento e caro, já que estigmas (órgãos femininos) afundados e estruturas florais complexas em culturas importantes, como tomate e soja, têm dificultado a automação robótica.
Essas descobertas foram detalhadas na revista Cell em 11 de agosto.
“A mão humana pode manipular essas flores, mas a um preço alto”, observou o Professor Xu Cao, autor correspondente do estudo.
Só na China, a polinização manual representa mais de 25% dos custos do cultivo de tomates para o mercado fresco. Em particular, a emasculação (onde as partes masculinas são removidas para evitar a autopolinização) consome 40% dessa mão de obra. As flores hermeticamente fechadas da soja impedem a polinização cruzada natural, exigindo um cultivo manual tão intensivo em mão de obra que os agricultores ainda não conseguem obter aumentos de produtividade superiores a 30% graças ao vigor híbrido.
Inspirada pela Revolução Verde (quando as culturas foram redesenhadas para máquinas), a equipe foi pioneira no “codesign cultivo-robô” para criar culturas bem adaptadas à tecnologia robótica. Em relação ao design de culturas, eles utilizaram CRISPR-Cas9, uma ferramenta de edição genética de precisão, para identificar genes MADS-box de classe B, como GLO2 em tomates, que regulam o desenvolvimento das flores.
O resultado são plantas macho-estéreis (eliminando a necessidade de emasculação) com estigmas proeminentes, facilitando o acesso por robôs. "Transformamos flores para máquinas", disse o Professor Xu.
Para complementar as novas culturas, o robô personalizado da GEAIR é equipado com visão computacional baseada em aprendizado profundo, que identifica flores prontas e usa um braço de precisão para depositar pólen, equiparando-se à eficiência humana trabalhando 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Sua versatilidade vai além da polinização cruzada: pode facilitar a autopolinização (potencialmente substituindo mamangabas em ambientes controlados), coletar pólen e até mesmo selecionar plantas macho-estéreis ou férteis, detectando estigmas expostos, evitando testes de DNA dispendiosos.
Quando combinado com o melhoramento genético acelerado (acelerando o crescimento por meio de ciclos de luz prolongados) e a domesticação de novo (incorporando rapidamente características selvagens), o GEAIR reduz drasticamente o tempo necessário para o melhoramento de novas variedades. A equipe demonstrou isso desenvolvendo novas linhagens de tomate com sabor mais intenso e maior tolerância ao estresse. Essa abordagem também funciona para a soja, apontando para amplas aplicações agrícolas.
“O GEAIR não é apenas uma ferramenta, é uma mudança de paradigma”, enfatizou o Professor Xu. “Estamos redesenhando culturas para alavancar a IA e a robótica, e essas tecnologias estão aumentando nossa capacidade de produzir culturas melhores com mais rapidez.”
O estudo destaca uma nova era na agricultura: ao co-projetar plantas e máquinas, os cientistas estão abrindo caminho para um desenvolvimento de culturas mais rápido, barato e sustentável — uma necessidade crucial à medida que a demanda global por sistemas alimentares resilientes cresce.
Crucialmente, a estratégia se mostrou transferível. A edição genética multiplex recapitulou com sucesso o fenótipo masculino-estéril com estigma exercido na soja, uma leguminosa de importância global. Isso indica a potencial aplicabilidade do GEAIR em uma ampla gama de culturas importantes, prejudicadas por obstáculos semelhantes na morfologia das flores no melhoramento híbrido.
