Detectando a resistência a doenças de uma planta quando ela é apenas uma semente
Na jornada, às vezes confusa, de seguir características genéticas para criar plantas resilientes, um gene recém-identificado ilumina o caminho para a resistência natural da soja a uma doença devastadora.
A Universidade Purdue anunciou uma parceria acadêmico-industrial com a Corteva Agriscience na quinta-feira (18 de novembro), resultando na identificação de um gene individual responsável pela resistência à Phytophthora para que os melhoristas de plantas possam detectar facilmente quais plantas carregam a característica.
“Apenas uma pequena amostra de DNA é necessária para um teste com um marcador molecular, então até mesmo as sementes podem ser facilmente verificadas quanto à resistência a esta doença”, disse Jianxin Ma, um professor de agronomia no Purdue College of Agriculture, que liderou a equipe. “Não precisamos esperar uma planta crescer para ver se ela carrega essa característica ou desperdiçar recursos criando plantas sem ela. Essa criação de precisão acelera a velocidade com que uma nova e robusta cultivar pode ser colocada nas mãos dos fazendeiros.”
O gene, designado Rps11, confere resistência de amplo espectro ao patógeno. A equipe identificou e clonou o gene, uma etapa crítica para criar marcadores moleculares que detectam precisamente a presença do gene – o mesmo princípio usado em testes para COVID-19. A Nature Communications publicou um papel detalhando o trabalho da equipe.
Phytophthora é um fungo responsável pela podridão da raiz e do caule que pode devastar os campos de soja e custa aos agricultores anualmente mais de $1 bilhões em todo o mundo. Como fungos e outros patógenos, o fungo transmitido pelo solo evoluiu ao longo do tempo, e a resistência das linhagens de soja existentes está diminuindo, disse Ma, que também faz parte da Próximos movimentos de Purdue em ciências vegetais e membro da universidade Centro de Biologia Vegetal.
Jianxin Ma, professor de agronomia na Universidade Purdue, segura as folhas de uma planta de soja. Atrás de Ma, da esquerda para a direita, estão os estudantes Weidong Wang, Chance Clark e Dominic Provancal. Ma está trabalhando para melhorar as plantas de soja como parte da iniciativa de ciências vegetais Next Moves da Purdue. Crédito da foto: Universidade Purdue / Tom Campbell
“Este patógeno é difícil de controlar usando fungicidas, que também são caros e têm impacto ambiental potencial”, disse ele. “A resistência genética é a melhor maneira de preveni-lo. Além do Rps11, a colaboração resultou na identificação de mais três genes, que também conferem excelente resistência ao patógeno, que esperamos também ser capazes de clonar.”
“A Corteva Agriscience tem o prazer de colaborar com a Purdue University para desenvolver soluções potenciais para nossos clientes agricultores”, disse Jeff Thompson, Global Soybean Lead da Corteva. “Isso se alinha bem com nosso interesse em trabalhar com universidades de concessão de terras na criação de soluções inovadoras para proteger nossa safra de soja de pragas e doenças.”
A Corteva forneceu acesso a uma instalação de última geração e colaboração com os principais cientistas, disse Ma. A equipe do projeto usou as tecnologias de genotipagem e sequenciamento de alto rendimento da empresa para identificar um novo gene responsável pela resistência a Phytophthora. A colaboração também forneceu uma plataforma de treinamento e experiência avançada em pesquisa para alunos de graduação e pós-graduação na Purdue por meio da interação direta com cientistas da Corteva.
O gene Rps11 é encontrado em uma região complexa do genoma. Essa região carrega uma dúzia de genes que são estruturalmente semelhantes, mas funcionalmente distintos, de Rps11. E o número desses genes na região varia entre as variedades de plantas de cinco a 23, tornando difícil encontrar Rps11.
“Se tivéssemos confiado apenas em genomas de referência de soja disponíveis publicamente, não teríamos capturado Rps11”, disse Ma. “A região está presente nesses genomas, mas a contraparte do gene que dá resistência não está lá. Assim, tivemos que decodificar a região inteira na linha doadora Rps11, e não poderíamos ter feito isso sem o equipamento e a experiência da Corteva.”
Guiada por toda a sequência da região, a equipe conseguiu projetar um conjunto de marcadores de DNA para genotipagem de alto rendimento de mais de 17.000 plantas individuais em questão de poucos meses para, eventualmente, identificar o gene, disse ele.
A equipe de pesquisa espera conseguir fazer o mesmo com os outros três genes identificados, disse ele.
“Se as plantas puderem ser criadas com múltiplos genes que conferem resistência a doenças, elas teriam camadas de proteção”, disse Ma. “Também planejamos explorar como a variação estrutural dessa região genômica deu origem à resistência, para entender e possivelmente melhorar a resistência a doenças de outras maneiras. Queremos fornecer o máximo de ferramentas possível para uma agricultura sustentável.”
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