Genoma da cana-de-açúcar começa a ser sequenciado

Agência Fapesp - 31/07/2009

Com equipamento de última geração, cientistas começam a decifrar código genético da cana-de-açúcar. No primeiro teste, aparelho gerou mais de 11 vezes os dados obtidos nos dois anos do Projeto Genoma Cana.
[Imagem: Divulgação]

Pirossequenciador

O sequenciamento do genoma da cana-de-açúcar já está em andamento no Brasil. Na Universidade de São Paulo (USP), um grupo de cientistas vinculados ao Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN) realizou a primeira corrida em um pirossequenciador - uma tecnologia de última geração empregada para o sequenciamento genético - obtendo 1,1 milhão de sequências.

A segunda corrida terá início na próxima semana. Como a quantidade de informação gerada a partir da nova tecnologia é muito grande e de alta complexidade, o BIOEN está ampliando a equipe de bioinformática e busca pessoal para a pesquisa em banco de dados, desenvolvimento de ferramentas e análises estatísticas.

Segundo a coordenadora do BIOEN, Glaucia Mendes de Souza, professora do Instituto de Química (IQ) da USP, o resultado da primeira corrida equivale a mais de 11 vezes o trabalho realizado durante dois anos pelo Projeto Sucest-FUN, também conhecido como Projeto Genoma Cana.

O pirossequenciador está instalado no Centro Avançado de Tecnologias em Genômica (CATG) do IQ-USP. "Obtivemos, em uma única corrida, cerca de 335 milhões de pares de bases. O sequenciamento realizado pelo Sucest entre 2001 e 2003 gerou pouco menos de 30 milhões de pares de bases", disse à Agência FAPESP.

O experimento foi conduzido no CATG por Carlos Hotta. O trabalho integra as atividades do Projeto Temático Redes Regulatórias e de Sinalização da Cana-de-Açúcar, apoiado pela FAPESP e coordenado por Glaucia.

Melhoramento genético da cana

Segundo a coordenadora do BIOEN, o objetivo do experimento é identificar as regiões promotoras e variantes que controlam as expressões gênicas e reconhecer padrões de diversidade genética para apoiar os programas de melhoramento da cana-de-açúcar.

"O pirossequenciador 454 é o mais adequado para sequenciar a cana-de-açúcar porque possibilita trabalhar com fragmentos grandes de 450 pares de bases - o que é conveniente porque a cana tem um genoma grande, com mais de 10 bilhões de pares, com muitos trechos repetidos", explicou.

A tecnologia utilizada no pirossequenciador, conhecida como shotgun, foi empregada no sequenciamento do genoma humano. Com ela, o genoma não é clonado, mas "explodido" em fragmentos pequenos e sequenciado em larga escala. "Mas o genoma humano levou mais de dez anos para ser sequenciado, porque na época eles ainda não tinham o 454 à disposição", disse.

Redes metabólicas

O projeto Sucest - que envolveu 240 pesquisadores de mais de 40 instituições, sendo 17 delas do exterior - avaliou o transcriptoma da cana e montou um vasto banco de dados sobre o material genético da planta. Para isso foram sequenciados fragmentos de genes denominados ESTs (etiquetas de sequência expressa).

"O projeto nos deu a base para montar o BIOEN. Nessa nova fase, vimos que era preciso ir além das sequências expressas e partir para as sequências completas, porque com elas, entre outras coisas, podemos montar redes regulatórias", disse Glaucia.

"Por exemplo, se queremos saber como a cana-de-açúcar acumula sacarose e por que uma planta faz mais sacarose e outra faz menos, precisamos entender as redes metabólicas envolvidas na síntese da sacarose. Para saber como ela liga e desliga essas redes, é preciso identificar os genes e as regiões regulatórias, chamadas de promotores", explicou.

Os promotores, segundo ela, indicam onde, quando e em que medida um determinado gene está sendo expresso. "O que regula a fisiologia da planta - respostas ao estresse, metabolismo de açúcar e crescimento, por exemplo - são essas redes de genes que vão guiar as redes metabólicas", disse.

Cem corridas

Segundo Glaucia, o Programa BIOEN investiu recursos suficientes para fazer cerca de cem corridas. "Com isso, poderíamos obter pelo menos cinco vezes o genoma da cana-de-açúcar", afirmou.

No entanto, em um primeiro momento os cientistas envolvidos com o Programa BIOEN deverão sequenciar mil trechos lineares do genoma da cana-de-açúcar que tenham regiões de interesse para o programa, entre os quais genes associados com a produção aumentada de sacarose e com resistência e tolerância à seca.

"Serão aproximadamente 300 pedaços sequenciados da variedade R570 - uma cultivar tida como modelo em todo o mundo para o melhoramento genético da planta - e outros 700 de cultivares brasileiros. Mas é importante observar que não vamos concluir o genoma da cana-de-açúcar até o fim de nossos Projetos Temáticos", disse.

Rascunho do genoma

Com o uso do pirossequenciador, os pesquisadores pretendem, dentro de cerca de cinco anos, obter um rascunho do genoma da cana-de-açúcar e, a partir daí, tentar conseguir fragmentos grandes sequenciados a partir de BACs (Cromossomo Artificial de Bactéria, na sigla em inglês), que são fragmentos de mais de 100 mil pares de base introduzidos em um cromossomo artificial de bactéria e sequenciados um a um.

Glaucia afirma que o trabalho faz parte de uma estratégia internacional envolvendo Brasil, Austrália, África do Sul, França e Estados Unidos. "Nesse consórcio, cada um fará um rascunho do genoma de cultivares de seu interesse e vamos trabalhar em conjunto para tentar integrar os dados em um banco de dados mundial de genômica de cana-de-açúcar", disse.

Para isso, está sendo montada uma equipe de bioinformática internacional. "No Brasil, estamos em busca de pessoal para analisar os dados e necessitamos de recursos humanos em áreas como matemática, estatística, computação e engenharia de sistemas. O desenvolvimento do banco de dados será bastante trabalhoso" afirmou.

Novo patamar de conhecimento

Segundo a coordenadora do BIOEN, ter essa tecnologia em pleno funcionamento, com uma equipe formada, montando um banco de dados, fazendo sua análise e trocando informação com grupos internacionais será essencial para levar o conhecimento sobre a cana-de-açúcar para outro patamar.

"A cana está hoje onde o milho estava há dez anos, por isso não temos as ferramentas de biotecnologia para o melhoramento da cana. É difícil entender como o melhoramento foi feito até agora, porque não existe genética estatística disponível para analisar um genoma tão complexo como esse", disse.

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