Investigadores da Universidade do Estado de Illinois, nos EUA, recorreram à tecnologia CRISPR-Cas9 para acelerar a domesticação da planta silvestre Thlaspi arvense (pennycress). As novas linhas apresentam uma redução de 75% no teor de glucosinolatos das sementes, menor capacidade de persistir como infestante e um bom desempenho produtivo. A espécie poderá ser cultivada durante o inverno entre as culturas de milho e soja, protegendo o solo e criando uma nova fonte de óleo e biomassa com valor económico.
✍️ Carla Amaro
A agricultura dos Estados Unidos enfrenta todos os anos o mesmo desafio: após a colheita do milho e da soja, milhões de hectares permanecem sem qualquer cobertura vegetal durante o inverno. Esta situação favorece a erosão dos solos, a perda de nutrientes e o arrastamento de sedimentos para rios e linhas de água.
Uma equipa multidisciplinar da Universidade do Estado de Illinois, liderada pelo geneticista John Sedbrook, pretende alterar este cenário através da domesticação de uma planta silvestre, Thlaspi arvense, conhecida como pennycress ou erva-das-moedas. A espécie germina no outono, resiste às baixas temperaturas e completa o seu ciclo na primavera, permitindo ser colhida antes da instalação da cultura seguinte.
Desta forma, os agricultores podem manter o solo protegido durante o inverno e obter simultaneamente uma nova fonte de rendimento, sem substituir as culturas principais de milho ou soja.
De infestante a cultura agrícola
O pennycress pertence à família das brassicáceas, tal como a colza, a mostarda, os brócolos e a couve-flor. Embora as suas sementes sejam ricas em óleo, a planta apresenta várias características que dificultam a sua utilização agrícola.
Entre essas limitações encontram-se o elevado teor de glucosinolatos (compostos naturais que reduzem o valor alimentar da farinha obtida após a extração do óleo), sementes pequenas, uma cobertura espessa e mecanismos de dormência que permitem às sementes permanecer viáveis no solo durante longos períodos, favorecendo o reaparecimento da planta como infestante.
Em vez de recorrer apenas ao melhoramento convencional, os investigadores optaram por uma estratégia de domesticação de novo, identificando diretamente os genes responsáveis pelas características indesejáveis e editando-os com recurso à tecnologia CRISPR-Cas9.
O projeto teve início em 2012 e reuniu especialistas em genética, agronomia, biologia, produção animal e processamento de biomassa, contando também com a participação do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e de outras instituições. O financiamento federal acumulado ascende a cerca de 23 milhões de dólares.
Várias alterações genéticas numa única planta
Num estudo publicado na revista Nature Plants, os investigadores combinaram múltiplas mutações obtidas por CRISPR-Cas9 numa mesma planta. Uma das alterações mais importantes foi a redução de cerca de 75% dos glucosinolatos das sementes, conseguida através da edição de genes reguladores como MYB28/HAG1 e MYC3.
A equipa introduziu ainda características semelhantes às da colza “duplo zero”, reduzindo simultaneamente o teor de ácido erúcico e de glucosinolatos, além de diminuir a quantidade de fibra presente nas sementes, aumentando assim o potencial de aproveitamento da proteína residual após a extração do óleo.
Outra modificação incidiu sobre o gene TT8, cuja inativação reduziu a dormência das sementes e enfraqueceu parcialmente a sua cobertura protetora. Esta alteração diminui a probabilidade de as sementes permanecerem viáveis durante longos períodos no solo, reduzindo o risco de a planta voltar a comportar-se como infestante.
Apesar da acumulação de várias alterações genéticas, as novas linhas mantiveram produtividades semelhantes às das plantas de referência utilizadas no estudo.
Três colheitas comerciais em apenas dois anos
Graças ao seu ciclo curto e à elevada tolerância ao frio, o pennycress pode ser integrado entre duas culturas principais.
Após a colheita do milho, é semeado no outono, permanece a cobrir o solo durante todo o inverno e é colhido no final da primavera. De seguida, o agricultor pode instalar soja ou outra cultura de verão.
Este sistema permite obter três colheitas comerciais em apenas dois anos, mantendo simultaneamente raízes vivas no solo durante os meses de inverno.
Além de reduzir a erosão e a escorrência superficial, a cultura ajuda a reter nutrientes, aumenta a matéria orgânica do solo e cria habitat para insetos e outros organismos numa época do ano em que a paisagem agrícola permanece praticamente sem vegetação.
Óleo para biocombustíveis e outros produtos renováveis
O óleo extraído das sementes poderá ser utilizado na produção de biodiesel e combustível sustentável para aviação, bem como em biolubrificantes, bioplásticos e outras matérias-primas da indústria química de origem renovável.
Após a extração do óleo, a farinha residual poderá ser utilizada na alimentação animal, desde que cumpra os requisitos de segurança e composição nutricional. A biomassa restante está também a ser estudada para produção de biogás e outros produtos de base biológica.
Segundo John Sedbrook, esta estratégia alia benefícios ambientais e económicos: “Esta abordagem não só ajudaria o ambiente, como também produziria sementes oleaginosas que os agricultores poderiam vender.”
Embora o óleo vegetal permita substituir combustíveis fósseis em determinadas aplicações, os investigadores salientam que o impacto climático global dependerá de todo o sistema de produção, incluindo fertilização, maquinaria agrícola, processamento industrial, transporte e utilização do solo.
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O artigo foi publicado originalmente em CiB – Centro de Informação de Biotecnologia.
