Plantas sob stress: como o centeio reorganiza os seus genes
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Os investigadores do Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigação de Plantas Cultivadas (IPK) e da Universidade Martin Luther de Halle-Wittenberg obtiveram novos conhecimentos sobre a base genética da reprodução do centeio. Demonstraram como as plantas recombinam os seus genes e até que ponto este processo é influenciado por factores ambientais, como a deficiência de nutrientes. Os resultados foram publicados na revista "New Phytologist".
Os investigadores investigaram a base genética e a plasticidade ambiental da recombinação meiótica numa grande população de centeio. Utilizaram mais de 500 plantas de centeio, algumas das quais
centeio, algumas das quais foram cultivadas em condições normais e outras em condições de deficiência de nutrientes. O material foi obtido do banco genético federal ex situ do IPK e de variedades populacionais disponíveis no mercado, tendo todas as plantas sido cultivadas nos terrenos da experiência "Eternal Rye Cultivation" da Martin-Luther-University Halle-Wittenberg.
Criada em 1878 por Julius Kühn, esta experiência continua ainda hoje em dia. Numa longa série de experiências, são comparados vários sistemas de substituição de nutrientes e húmus, desde a fertilização completa com estrume e minerais até zonas sem fertilização. "Esta área era particularmente adequada para o estudo porque a deficiência de nutrientes se tinha acumulado durante um período muito longo, tornando-a muito estável", explicou o Dr. Steven Dreissig, diretor do grupo de investigação independente "Plant Reproductive Genetics".
Os investigadores recolheram pólen e sequenciaram os núcleos celulares de mais de 3.000 células de esperma de 584 indivíduos. O seu objetivo era determinar o número de cruzamentos entre os cromossomas parentais e identificar as suas posições. Pela primeira vez, este processo pôde ser estudado diretamente no pólen, ou seja, no local onde realmente ocorre, e em tão grande número.
"Conseguimos mostrar que os genes das plantas se misturam significativamente menos quando há uma deficiência de nutrientes do que quando estes são fornecidos em quantidades adequadas", afirma Christina Wäsch, a primeira autora do estudo. "Podemos pensar nisto como num jogo de cartas: se as cartas forem baralhadas apenas parcialmente, são criadas menos combinações novas." Mas isso não é tudo. A equipa de investigação também descobriu diferenças entre os tipos de plantas. Enquanto a cultivar moderna permaneceu relativamente estável durante o estudo, as variedades antigas e as formas selvagens eram susceptíveis ao stress, explica Christina Wäsch. "Isto mostra que a diversidade genética desempenha um papel importante na forma como as plantas lidam com as alterações ambientais".
A equipa de investigação também investigou a base genética da recombinação. "No nosso estudo, demonstrámos que a taxa de recombinação não é controlada por um único interrutor principal, mas sim por numerosas pequenas regiões genéticas que actuam em conjunto", explica o Dr. Steven Dreissig. Atualmente, são conhecidos mais de 40 alelos e dois genes candidatos. "Conhecemos agora as áreas do cromossoma onde se localizam estes numerosos interruptores genéticos, mas muitas vezes ainda não conhecemos todos os genes decisivos".
"No entanto, o nosso estudo atual dá um contributo importante para a nossa compreensão da arquitetura genética e da plasticidade ambiental da recombinação meiótica", afirma o Dr. Dreissig. "Ao contrário de estudos anteriores, que apenas examinaram um ou alguns genótipos individuais, analisámos os efeitos genéticos numa população grande e geneticamente diversa." O investigador do IPK acredita que a identificação dos genes que controlam a recombinação sob stress pode ser uma ferramenta de melhoramento valiosa. "O controlo orientado da recombinação sob stress ajudará a acelerar o desenvolvimento de novas culturas melhoradas que sejam mais resistentes a condições ambientais adversas."
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