Notícia

Circuitos genéticos sintéticos podem ajudar as plantas a se adaptarem às pressões das mudanças climáticas

Fonte

Universidade Stanford

Data

segunda-feira, 15 agosto 2022 06:10

Áreas

Agricultura. Biologia. Biotecnologia. Engenharia Florestal. Microbiologia. Mudanças Climáticas. Tecnologias.

Cada vez mais, a produção global de alimentos está sendo ameaçada pelos efeitos das mudanças climáticas. À medida que inundações, secas e ondas de calor extremas se tornam mais comuns, as culturas precisam ser capazes de se adaptar mais rápido do que nunca.

Pesquisadores da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, estão trabalhando em maneiras de manipular processos biológicos em plantas para ajudá-las a crescer de forma mais eficiente e eficaz em uma variedade de condições. A Dra. Jennifer Brophy, professora de Bioengenharia, e seus colegas, projetaram uma série de circuitos genéticos sintéticos que permitem controlar as decisões tomadas por diferentes tipos de células vegetais. Em um artigo publicado recentemente na revista Science, eles usaram essas ferramentas para cultivar plantas com estruturas radiculares modificadas. O trabalho é o primeiro passo na concepção de culturas que seriam mais capazes de coletar água e nutrientes do solo e fornece uma estrutura para projetar, testar e melhorar circuitos genéticos sintéticos para outras aplicações em plantas.

“Nossos circuitos genéticos sintéticos nos permitirão construir sistemas radiculares muito específicos ou estruturas de folhas muito específicas para ver o que é ideal para as condições ambientais desafiadoras que sabemos que estão chegando”, disse a professora Jennifer Brophy. “Estamos tornando a engenharia de plantas muito mais precisa.”

Um código de programação para plantas

As atuais variedades de culturas geneticamente modificadas usam sistemas relativamente simples e imprecisos que fazem com que todas as suas células expressem os genes necessários para, digamos, resistir a herbicidas ou pragas. Para obter um controle em grande escala sobre o comportamento das plantas, a pesquisadora e seus colegas construíram DNA sintético que funciona essencialmente como um código de computador com portas lógicas orientando o processo de tomada de decisão. Nesse caso, eles usaram essas portas lógicas para especificar quais tipos de células estavam expressando determinados genes, permitindo ajustar o número de ramificações no sistema radicular sem alterar o resto da planta.

A profundidade e a forma do sistema radicular de uma planta afetam a eficiência na extração de diferentes recursos do solo. Um sistema radicular raso com muitos ramos, por exemplo, é melhor para absorver o fósforo (que fica perto da superfície), enquanto um sistema radicular mais profundo que se ramifica na parte inferior é melhor para coletar água e nitrogênio. Usando esses circuitos genéticos sintéticos, os pesquisadores podem cultivar e testar vários projetos de raízes para criar as culturas mais eficientes para diferentes circunstâncias. Ou, no futuro, eles poderiam dar às plantas a capacidade de se otimizarem.

“Temos variedades modernas de culturas que perderam sua capacidade de responder onde estão os nutrientes do solo”, disse o Dr. José Dinneny, professor de Biologia da Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e um dos autores principais do artigo. “O mesmo tipo de portas lógicas que controlam a ramificação da raiz pode ser usado para, digamos, criar um circuito que leva em consideração as concentrações de nitrogênio e fósforo no solo e, em seguida, gera uma saída ideal para essas condições”, explicou o pesquisador.

“As mudanças climáticas estão alterando as condições agrícolas nas quais cultivamos as plantas das quais dependemos para alimentos, combustíveis, fibras e matérias-primas para medicamentos. Se não conseguirmos produzir essas plantas em escala, teremos muitos problemas. Este trabalho é para ajudar a garantir que teremos variedades de plantas que podemos cultivar, mesmo que as condições ambientais em que as estamos cultivando se tornem menos favoráveis”, concluiu a professora Jennifer Brophy.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Stanford (em inglês).

Fonte: Laura Castañón, Universidade Stanford. Imagem: A atividade de circuitos genéticos sintéticos que processam a presença ou ausência de sinais específicos nas folhas das plantas foi medida em alto rendimento colocando punções de folhas em placas de 96 poços. Quando as combinações corretas de entradas são entregues às folhas, elas fluorescem em verde e a fluorescência pode ser medida usando um leitor de placas. Fonte: Dra. Jennifer Brophy.