Nos últimos vinte anos, os avanços na sequenciamento do genoma completo (a técnica usada para ler o genético código escrito no DNA) permitiram aos pesquisadores lançar uma nova luz sobre a evolução das plantas e os processos biológicos específicos das plantas. Um recente artigo de perspectiva destacou que apenas 812 espécies de meio milhão de plantas verdes existentes foram sequenciadas. No entanto, a adoção dessa tecnologia moderna aumentou enormemente nossa compreensão da origem e diversificação da vida vegetal ou da base molecular de importantes características vegetais. Por exemplo, as revistas científicas Ciência e Natureza resultados recentemente publicados de projetos de pesquisa que empregaram a genômica para decifrar a domesticação da videira ou para dissecar o controle genético das características da semente de uma importante leguminosa. Para plantas de interesse agronômico, informações sobre sequências genômicas podem ser usadas em programas de melhoramento de culturas para obter variedades cultivadas que sejam mais resistentes a estresses, requeiram menos insumos para o crescimento ou tenham melhor valor nutricional.

Cultivando Faba Bean, uma boa alternativa vegetal à carne

Em um cenário de mudanças climáticas, produzir proteína vegetal como alternativa à proteína animal pode ser uma boa estratégia para reduzir as emissões de gases de efeito estufa na agricultura (Figura 1). Em particular, as leguminosas – muitas vezes referidas como “alimentos com potencial para benefícios significativos à saúde” – podem fornecer a fonte mais barata de proteína vegetal de alta qualidade. Enquanto soja (Glicina max) – o feijão mais importante da família Fabaceae – cresce bem em condições quentes, pulsos de estação fria (por exemplo, ervilha, lentilha, grão-de-bico) podem ser cultivadas em regiões temperadas. Entre pulsos, fava fava (Vicia faba) destaca-se por sua alta adaptabilidade, produtividade e valor nutritivo.

Apesar da longa tradição de cultivo de fava no velho mundo, os mistérios sobre sua origem de domesticação no crescente fértil permanecem sem solução, pois nenhum progenitor selvagem foi identificado. Além disso, a falta de dados genéticos e de material genético tem dificultado os esquemas de melhoramento destinados a reduzir a produção de antinutrientes (por exemplo, vicina, convicina) ou equilibrando o conteúdo de aminoácidos essenciais.

Longas leituras revelaram os segredos do genoma gigante do feijão Faba

O sequenciamento do genoma da fava tem sido dificultado por seu enorme tamanho: 13 bilhões de nucleotídeos (13 Giga kb) distribuídos em 6 cromossomos. Para se ter uma ideia dessa dimensão colossal, todo o genoma humano tem o mesmo tamanho do maior cromossomo da fava!

Recentemente, uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu sequenciar o genoma diploide (2 cópias de 6 cromossomos) do fava, empregando uma nova tecnologia chamada PacBio HiFi long reads. Os autores escolheram como referência uma linhagem endogâmica (Hedin/2) com características favoráveis, como alto potencial produtivo e hábito de maturação precoce. Curiosamente, esta linha mostra um alto nível de homozigose (ou seja, presença de duas variantes idênticas de um gene, uma de cada progenitor) graças a um grau considerável de autofertilidade (ou autopolinização), apesar de ser uma espécie alógama (ou seja, reprodução pela fertilização cruzada de pólen de outra planta da mesma espécie).

Jayakodi e colegas de trabalho descobriram que o genoma gigante pode ser consequência de múltiplos eventos – incluindo a presença de enormes regiões intergênicas, a expansão de elementos repetidos (como os transposons que representam 80% do material genético) e a duplicação em tandem de vários genes. Os autores também combinaram o sequenciamento do genoma e transcriptomas (todos os RNAs mensageiros transcritos dos genes correspondentes) de 9 tecidos para melhorar a anotação de 35000 genes codificadores de proteínas. A título de curiosidade, a distribuição dos genes entre os cromossomos é semelhante no feijão Faba e em espécies filogeneticamente próximas Pisum sativum (Figura 2), apesar da grande diferença no tamanho do genoma.

Agrigenômica para criadores e geneticistas: uma ampla gama de aplicações

Mas o que biólogos moleculares e criadores podem fazer com conjuntos de dados genômicos? Como prova de conceito, os autores fornecem exemplos práticos de aplicação realizando Estudos de associação de todo o genoma para características importantes da semente. Especificamente, a informação genômica foi usada para estabelecer ensaios de genotipagem para explorar a variação em um painel de diversidade de acessos cultivados e para identificar quais variantes genéticas causam as características desejáveis. Os dados genômicos da fava podem ser ainda mais explorados para rápida introgressão de características benéficas, como conteúdo reduzido de compostos tóxicos (por exemplo, glicosídeos alcalóides), aumento da biodisponibilidade de proteínas ou acúmulo modulado de fitatos nas sementes.

Leitura sugerida

Marcos no sequenciamento genômico (nature.com)

Representação e participação em 20 anos de sequenciamento do genoma vegetal | plantas naturais

Descolonizando a genômica botânica | plantas naturais

Genomas de plantas verdes: o que sabemos em uma era de oportunidades em rápida expansão | PNASO genoma diplóide gigante da faba revela variação em uma cultura de proteína global | Natureza