Pesquisa pretende aumentar produtividade da cana através da edição de DNA

A pesquisa “Avanços para cana-de-açúcar e novas fontes de bioenergia”, desenvolvida pelo Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), financiada pela Shell do Brasil e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), tem como objetivo aumentar a produtividade da cana e geração de bioetanol.

Segundo o coordenador da pesquisa, o biólogo Marcos Buckeridge, diretor do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (INCT), a ideia é fazer com que a cana possa produzir açúcar duas vezes por ano, a exemplo do que ocorre com o milho que tem a safra principal e a chamada safrinha.

O primeiro passo do trabalho será sequenciar o genoma da cana-de-açúcar em nível cromossômico para se ter o mapa de genes da planta.

Trata-se de um grande desafio, segundo o pesquisador. “Ao contrário do ser humano que possui duas cópias do genoma em cada célula ou mesmo do trigo com quatro cópias em cada célula, o genoma da cana-de-açúcar é extremamente complexo por ter entre oito e 12 cópias por célula”.

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No trabalho será utilizado um sistema desenvolvido por um dos integrantes da equipe do projeto, Diego Riaño-Pachón, professor do Cena-USP. “Ele criou um modelo de três métodos distintos que será de grande valia para conseguirmos chegar ao sequenciamento do genoma da cana em nível cromossômico”, diz Buckeridge.

“A ideia desse modelo é combinar estratégias de sequenciamentos clássicos com uma moderna técnica de sequenciamento físico (PacBio) que permite obter sequências de grandes fragmentos do DNA da cana. Dessa maneira, será possível sobrepor entre si esses pedaços grandes do DNA e entender onde começam e terminam os cromossomos. Além disso, as outras duas técnicas de sequenciamento poderão ser sobrepostas e, em conjunto, as três técnicas deverão prover uma precisão inédita do genoma da cana”.

De posse do mapeamento genético da planta, o próximo passo é observar em conjunto os hormônios e o sistema sensor de açúcares da planta para conseguir entender de que forma acontece o crescimento da cana, bem como sua produção de sacarose.

“Graças a uma pesquisa realizada pelo Lafieco, em 2018, descobrimos que entre três e seis meses de vida a cana passa a ser uma grande armazenadora de açúcar, sobretudo por causa de um conjunto de genes que são chamados de sistema sensor de açúcares. É durante esse período que o crescimento da planta dispara”, conta Buckeridge.

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“Agora queremos investigar mais a fundo esse processo para entender como ele acontece. Mas só vamos conseguir fazer isso se também observarmos os hormônios, responsáveis pelo sistema de comunicação que informa a planta que está na hora de crescer. Essa etapa será feita com a colaboração da professora Eny Floh, do Biocel-IB-USP”.

Para que essa análise seja possível, os pesquisadores vão lançar mão da CRISPR-Cas9, sigla para Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas, que funciona com uma proteína associada, a Cas.

A ideia consiste na edição do DNA, em uma espécie de cut and paste de genes, para alterar regiões selecionadas do genoma e assim reengenheirar o funcionamento da planta. Uma vez editado o DNA, seleciona-se os mutantes desejados que cresçam mais rápido, acumulem mais açúcares e/ou amoleçam as próprias paredes celulares para facilitar a produção da segunda geração do bioetanol.

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O aumento da produção de açúcar e também do volume de biomassa da cana (no caso, bagaço e palha) vai possibilitar aumentar a produção do etanol de segunda geração, entre outros produtos.

Ao longo do projeto, os experimentos serão testados por meio de modelagem matemática. “Por meio de cálculos com base em dados científicos confiáveis, a modelagem fisiológica acoplada aos dados ambientais utilizando inteligência artificial deverá permitir averiguar como nossos testes feitos em laboratório funcionariam em campo e também de que forma a cana-de-açúcar vai se comportar em ambientes extremos, com estresse hídrico, aumento de temperatura e excesso de gás carbônico, por exemplo”, esclarece Buckeridge.