Pesquisadores completam mapeamento dos genomas de Frantoio e Leccino

Resumo

Uma equipe internacional de pesquisadores mapeou o genoma completo das variedades de oliveira Leccino e Frantoio, fornecendo informações valiosas para a compreensão da genética da oliveira e o desenvolvimento de árvores mais resilientes às mudanças climáticas. Ao comparar os genomas dessas duas cultivares, os pesquisadores pretendem identificar genes relacionados a respostas ao estresse e, potencialmente, usar técnicas de edição genética para aprimorar características como a tolerância à salinidade. Essa pesquisa genômica pode revolucionar o cultivo da oliveira, levando a soluções mais produtivas e inovadoras para os produtores que enfrentam os desafios do clima mediterrâneo.

Uma equipe internacional de pesquisadores mapeou o genoma completo das variedades de oliveira Leccino e Frantoio.

O mapeamento genômico das duas cultivares nativas italianas, agora cultivadas em dezenas de países, permitirá que os pesquisadores as comparem e abram caminho para uma compreensão mais profunda da genética da oliveira.

"Em tempos de das Alterações Climáticas“Saber mais sobre a genômica das oliveiras significa saber mais sobre como essas árvores reagem a grandes e, às vezes, novos estressores ambientais”, disse Luca Sebastiani. 

O coordenador do estudo, que também é professor titular de ciências hortícolas na Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, disse Olive Oil Times que a genômica poderia produzir olivais mais resilientes na bacia do Mediterrâneo.

"Para nos adaptarmos às alterações climáticas, precisamos genótipos resistentes, bem como técnicas agronômicas adequadas”, disse Sebastiani. "Se houver escassez de água, haverá necessidade de irrigação, mas também de cultivares que utilizem a água de forma eficiente. Há também desafios relacionados a temperaturas mais altas, nova sensibilidade a patógenos e ataques de insetos.” 

"O mapeamento genético é uma das ferramentas que pode nos permitir encontrar soluções mais rapidamente”, acrescentou.

Embora a edição genética da oliveira ainda esteja em estágio inicial, comparar os genomas das duas cultivares pode produzir árvores mais resistentes mais rapidamente do que os programas de melhoramento tradicionais. 

Tanto Frantoio quanto Leccino estão bem documentados na literatura científica, assim como seu comportamento ao lidar com o estresse ambiental.

"Suas respostas ao estresse, tanto à seca quanto especialmente à salinidade, são modelos muito interessantes, porque Frantoio é tolerante, enquanto Leccino é menos”, disse Sebastiani.

""Trabalhamos há anos para explicar o mecanismo por trás dessa diferença, mas sem dados genômicos, sempre foi difícil entender completamente quais genes poderiam estar envolvidos", acrescentou.

"O sequenciamento nos permite ter um vocabulário para entender por que essas duas cultivares são diferentes”, observou Sebastiani.

Segundo os pesquisadores, a prática comum de selecionar variedades de azeitona por meio do melhoramento tradicional consome tempo e nem sempre produz os melhores resultados.

Na sua papel, os pesquisadores notaram que os resultados mistos ocorrem desde "informações moleculares precisas sobre a localização e estrutura dos genes estão em grande parte ausentes.” Os cientistas levaram mais de dois anos para concluir o mapeamento. 

"Conseguimos isso graças aos fundos do Plano Nacional de Recuperação e Resiliência da Itália e ao fato de sermos um grupo bastante grande”, disse Sebastiani, que também incluiu colegas da Universidade do Arizona e da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita.

Uma alta porcentagem de repetições terminais longas foi encontrada em ambas as cultivares, indicando uma similaridade significativa em seus genomas.

Sequências repetidas de DNA não são aleatórias, pois são moldadas pela evolução e podem desempenhar papéis importantes, como ajudar a manter a estabilidade e a integridade do genoma.

"Ainda não sabemos muito bem como as diferentes partes do genoma interagem”, disse Sebastiani. "Agora que temos essas informações em diferentes cultivares, podemos começar a ver essas diferenças, e isso pode nos ajudar a entender melhor as espécies nos próximos anos.” 

Ele comparou o desafio que os pesquisadores enfrentaram no mapeamento dos genomas das duas cultivares à montagem de um quebra-cabeça, onde metade das peças são de um céu azul claro.

"Nesse caso, conectar as peças do quebra-cabeça é muito mais complicado do que em um que apresenta muitas variações”, disse ele. "Este é um problema nas azeitonas, porque temos muitas regiões altamente repetitivas.” 

Localizar a posição dos genes dentro de um genoma é fundamental para transformar sequências brutas de DNA em conhecimento prático, e ajuda os pesquisadores a associar um gene a uma característica específica, como o rendimento, composição do azeite, ou resistência a pragas e doenças. 

Esse conhecimento acelera os programas de reprodução, substituindo a seleção lenta e aleatória por abordagens direcionadas. 

A posição dos genes também revela como eles são regulados e interagem, oferecendo insights sobre adaptação e domesticação. 

Nas azeitonas, mapas precisos permitem que os cientistas comparem cultivares, rastreiem mudanças evolutivas e projetem ferramentas de precisão, como reprodução assistida por marcadores ou edição genética, para desenvolver variedades mais resilientes e de alta qualidade.

"Esse mapeamento de alta qualidade só pode ser feito quando você tem técnicas que sequenciam fragmentos muito grandes, o que torna isso mais fácil”, disse Sebastiani.

"Ao longo dos anos, houve uma enorme evolução nas técnicas”, acrescentou. "Hoje temos o PacBio, que permite o sequenciamento de fragmentos maiores de DNA, algo que antes não era possível.”

Em um artigo do estado de estresse, como o induzido por salinidade do solo ou seca, apenas um punhado de genes pode estar envolvido, com diferenças observadas entre as duas cultivares.

"Uma pequena diferença na estrutura do gene, ou mesmo na região promotora que regula o quanto o gene funciona, pode fazer com que um gene não funcione, ou fique menos ativo, ou mais ativo”, disse Sebastiani.

Ele acrescentou que identificar e entender as diferenças é crucial.

"Se eu entender que um gene envolvido em um certo tipo de estresse tem uma estrutura em Frantoio e outra em Leccino, e funciona melhor em Frantoio e pior em Leccino, então posso também usar técnicas de análise de expressão gênica, com sequenciamento de RNA ou outras tecnologias, para ver se essa variação estrutural afeta a atividade”, disse Sebastiani.

"Se eu descobrir que sim, agora também temos edição genética”, acrescentou. "Em azeitonas, ainda não é muito eficaz, mas eu poderia reescrever o gene Leccino para imitar a forma do gene Frantoio, transferindo essa informação para que ele funcionasse de forma diferente.”

No entanto, Sebastiani explicou que a pesquisa sobre edição de genes da oliveira ainda está em estágios iniciais de experimentação em comparação com outras espécies. 

"Também trabalho com choupos [gênero de 35 espécies de salgueiros] com meu grupo”, disse Sebastiani. "No álamo, já conseguimos. Nas oliveiras, o problema ainda são as dificuldades de transformação com essas técnicas de edição; pode levar anos.”

Embora tenha havido avanços rápidos na tecnologia de edição genética, Sebastiani reconheceu que era impossível estimar quanto tempo isso levaria. 

Ainda assim, ele espera que o rápido desenvolvimento da genômica e tecnologias relacionadas possa ter um impacto em um tempo relativamente curto em comparação com abordagens anteriores.

"Hoje, mesmo usando técnicas tradicionais, mas com o auxílio da biologia molecular, se eu cruzar Leccino e Frantoio para transferir tolerância ao sal, terei que esperar a planta crescer e depois testar. Isso leva muito tempo", disse ele.

"Se, em vez disso, eu procurar diretamente pela estrutura do gene, já posso rastreá-la com genômica ou outras técnicas”, acrescentou Sebastiani. "Hoje, posso até sequenciar o genoma inteiro a um custo reduzido e, como já tenho o genoma de referência, posso ver exatamente onde esse gene está e em que posição.”

"Eu poderia tomar Leccino, sabendo que dois ou três genes aumentam a tolerância, e modificar apenas esses”, observou ele. "Com a edição, se tudo desse certo, em um ou dois anos, seria possível fazer isso em laboratório. Seria um grande avanço."

A genômica e o mapeamento dos genes da oliveira podem abrir caminho para uma nova abordagem ao cultivo de oliveiras. 

Embora a agricultura tradicional muitas vezes envolva olivais centenários, novos pomares plantados com variedades de azeitonas geneticamente modificadas podem ser cruciais para dar suporte à produção em um clima mediterrâneo mais quente e seco.

"Esse novo conhecimento pode se traduzir em mudanças na produtividade, inovação e soluções para os produtores”, disse Sebastiani. 

A equipe de pesquisa utilizará as novas informações genômicas para obter uma compreensão mais profunda das diferenças entre as duas cultivares em resposta ao estresse salino. 

"Também planejamos, se possível, sequenciar mais variedades que nos interessam por suas respostas a outros estresses, incluindo poluentes”, concluiu Sebastiani. "“Definitivamente usaremos a genômica para entender melhor os mecanismos.”