Estudos liderados por pesquisadores da Embrapa – em parceria com a Universidade de Brasília ( UnB ) e o Instituto Nacional de Investigação Agropecuária ( Inia ) do Uruguai – mapearam o genoma do tomateiro e descobriram a função do gene responsável por conferir o porte ereto às folhas dessa planta. Uma característica é importante para o controle de previsão, o aumento da tolerância ao calor e o incremento da produção por área cultivada.

A descoberta também favorece as pesquisas na área de melhoramento genético, pois permite ganho de escala no desenvolvimento de novas cultivares com o emprego de marcadores moleculares e de manipulação biotecnológica dos fatores associados com a arquitetura das plantas do tomateiro.

O estudo foi possível porque os pesquisadores observaram plantas com uma mutação natural na coleção de germoplasma ( veja quadro abaixo ) de tomateiro da Embrapa, que apresentavam uma arquitetura de folhas eretas. "A partir da observação em campo, em que vimos a manifestação dessa característica, nós fizemos classificações com plantas de folhagem normal. No nosso trabalho de mapeamento genético, observamos que toda vez que uma planta apresenta o porte ereto, havia um marcador molecular de DNA específico que nos permitiu aterrissar no genoma e a localização exata do gene que controla esse fenótipo no cromossomo número 10 do tomateiro", explica a pesquisadora Maria Esther Fonseca , da área de Análise Genômica da Embrapa Hortaliças (DF).

Foto: Pedro Bricio Fernandes

Ferramenta de edição genética induziu geração de tomateiros eretos

Após identificar o gene candidato, a equipe da pesquisa liderada pelo pesquisador Francisco Aragão , da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (DF), utilizou a ferramenta de edição genética CRISPR-Cas9 para comprovar sua função. Nesse trabalho, a edição seletiva do gene de plantas com folhagem normal induziu o fenótipo de planta ereta ( veja quadro abaixo ), confirmando a sua função.

"No caso específico dessa pesquisa, o maior mérito é a descoberta e a validação do gene em si. Nossa equipe percorreu todas as etapas nesta descoberta, desde a observação da característica nas plantas no campo, passando pela localização genômica e finalizando com a prova de conceito da edição, que demonstrou de maneira inequívoca a função do gene", contextualiza o pesquisador Leonardo Boiteux , da área de Melhoramento Genético Vegetal da Embrapa Hortaliças.

O conhecimento pode ser aplicado a outras espécies de plantas

O conhecimento sobre o gene exato que responde pelo porte ereto das folhas pode ser aplicado além do tomateiro. Segundo Boiteux, o estudo da filogenia, que se refere às relações evolutivas entre diferentes espécies, demonstrou que genes semelhantes ao do tomateiro também estão presentes em milho, planta e outras espécies herbáceas e arbóreas. “A nossa hipótese é que genes semelhantes possam ser encontrados em outras espécies, mas agora, sabendo o gene exato, podemos editar e gerar uma planta ereta do tomateiro e possivelmente de outras espécies vegetais”, sinalizando.

Ao confirmar a função do gene, os pesquisadores estabeleceram uma base genética sólida para o desenvolvimento de cultivares de tomate mais adaptadas a sistemas de cultivo intensivos. “O estudo aponta que a estratégia pode ser protegida a outras hortaliças, cereais e frutíferas, contribuindo para enfrentar os desafios globais de segurança alimentar, eficiência agrícola e sustentabilidade”, completa Aragão, ao enfatizar que o potencial de integração de ferramentas genômicas modernas com o melhoramento genético tradicional aceleração o aprimoramento de culturas agrícolas.

Menor exposição ao sol e menos perda de água

A arquitetura da planta é um fator que impacta o manejo e a produtividade das culturas agrícolas, por isso, estabelecer o fenótipo de folhas eretas é importante para garantir vantagens como melhor distribuição da luz e maior conforto térmico para as plantas. O ângulo das folhas eretas minimiza a influência direta do sol e, assim, há menos estresse por calor e menor perda de água.

"Nas plantas convencionais de tomate, com folhas na posição horizontal, nas horas mais quentes do dia, sob o sol das 11h às 15h, ocorre um estresse oxidativo mais intenso. Quando as folhas são eretas, a planta sofre menor evapotranspiração, o que acaba gerando um tipo de proteção térmica", acentua o pesquisador do Inia, Matias González-Arcos.

Porém, a vantagem potencial mais evidente dos tomateiros com folhas eretas é a possibilidade de fazer maior adensamento do plantio e, assim, otimizar a área de produção para aumentar o número de plantas por hectare. No caso de tomate para processamento industrial, por exemplo, é possível aumentar ainda mais o adensamento, sem que isso implique em maior competição por luz.

Foto: Leonardo Boiteux

Facilidade no controle de doenças e pragas

A posição mais vertical das folhas de tomateiro otimiza o controle químico e biológico de doenças, como oídio, e também indiretamente, especialmente moscas-brancas, que se instalam na superfície abaxial – ou seja, no lado inferior das folhas. Por mais que ocorra a fragmentação das gotas dos produtos nas pulverizações, é muito difícil alcançar embaixo das folhas.

"Um dado promessa foi a redução na preferência por moscas-brancas, importante praga da cultura. Plantas editadas recebidas até 2,5 vezes menos insetos, possivelmente devido à maior exposição das superfícies abaxiais das folhas - local preferido para a postura de ovos – às condições ambientais e inimigos naturais, desfavorecendo a colonização", destaca o estudante da UnB, Pedro Brício Brito Fernandes que defendeu sua dissertação sobre esse tema.

Publicação científica

Os resultados dessa pesquisa foram publicados no artigo “Remodeling Aboveground Tomate Plant Architecture via CRISPR/Cas9-mediated edition of a single Tiller Angle Control 1–like gene” , publicado na revista aBIOTECH , periódico com foco na divulgação de estudos aplicados na área de biotecnologia e genômica.