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Biomassa é geneticamente modificada para produzir mais óleo

Superexpressar o gene para a enzima PDAT leva à produção e ao acúmulo de grandes glóbulos de óleo nas células das folhas (esquerda). Quando foi ativado também o gene para a oleosina, proteína que geralmente reveste as gotículas de óleo, o resultado foi a produção de grupos de gotículas de óleo mais estáveis (direita). Foto: Brookhaven National Laboratory

Superexpressar o gene para a enzima PDAT leva à produção e ao acúmulo de grandes glóbulos de óleo nas células das folhas (esquerda). Quando foi ativado também o gene para a oleosina, proteína que geralmente reveste as gotículas de óleo, o resultado foi a produção de grupos de gotículas de óleo mais estáveis (direita). Foto: Brookhaven National Laboratory

Cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, identificaram os principais genes responsáveis pela produção e pelo acúmulo de óleo nas folhas e outros tecidos das plantas. Estimular a expressão desses genes resultou em um acúmulo muito maior de óleo nas folhas, a fonte mais abundante de biomassa. As descobertas podem representar um passo importante na concepção de organismos geneticamente modificados que permitam aos produtores rurais obter maior produtividade (em calorias) por hectare. O estudo foi publicado nos periódicos The Plant Journal e Plant Cell.

O bioquímico Changcheng Xu, que liderou os experimentos, afirma que, “se pudermos transferir esta estratégia para safras usadas para a geração de energia renovável ou para alimentar o gado, isto aumentaria significativamente seu conteúdo energético e valores nutricionais”.

Pensando em termos de calorias: o óleo é duas vezes mais denso em energia do que os carboidratos, que correspondem ao grosso da massa das folhas, caule e outros tecidos. Portanto, “[s]e você quiser cortar calorias da sua dieta, corte gordura e óleo”, explica Xu. “Alternativamente, se você quiser aumentar a produção calórica do seu biocombustível ou alimentar o gado, você quer mais óleo”.

Porém, as plantas não costumam armazenar grandes quantidades de óleo nas folhas. Na natureza, a estocagem do óleo é função das sementes, nas quais componentes ricos em energia nutrem o embrião em desenvolvimento. A ideia da equipe de Xu era “reprogramar” as plantas para que armazenassem óleo no tipo de biomassa mais abundante que, como já vimos, está nas folhas.

Os pesquisadores começaram pela identificação dos genes responsáveis pela produção de óleo nos tecidos vegetais. Quase todas as células das plantas têm a capacidade de fabricar óleo, mas nem todas podem guardá-lo e, até os estudos recentes, não se sabia como era feita a biossíntese do óleo nas folhas. “Muitas pessoas supunham que é similar ao que ocorre nas sementes, mas tentamos olhar também para outros genes e enzimas”, diz Xu.

Desvendando os genes

Os cientistas concentraram os experimentos em duas vertentes, quais sejam, a superexpressão e o desligamento dos genes ligados à produção de enzimas envolvidas na produção de óleo nas células. Amplificar os fatores (genes) que levam ao incremento da produção de óleo nas sementes não apresentou efeito sobre a produção nas folhas, e um desses fatores, quando superexpressado, causou problemas no desenvolvimento das plantas. No entanto, alterar a expressão de uma enzima produtora de óleo diferente provocou efeitos drásticos na produção de óleo nas folhas.

“Se você desabilita o gene para uma enzima conhecida por PDAT, isto não afeta a síntese de óleo nas sementes ou causa quaisquer problemas às plantas, mas diminui dramaticamente a produção e o acúmulo de óleo nas folhas”, segundo Xu. Por outro lado, superexpressar o gene para a PDAT, ou seja, fazer com que as células produzam mais dessa enzima, resultou em um acréscimo de 60 vezes na produção de óleo nas folhas.

Todo este óleo a mais não se misturou com os lipídios que compõem a membrana celular, porém, foi encontrado em gotículas — bastante semelhantes às encontradas nas sementes, mas muito maiores — dentro das células. Xu compara as dimensões, afirmando que os glóbulos de óleo vistos nas células das folhas pareciam ter resultado da fusão de muitas gotículas normalmente vistas nas sementes.

O pesquisador ainda explica que tamanho não é documento, pois o óleo nesses glóbulos enormes pode ser facilmente quebrado por outras enzimas na célula, ao passo que, nas sementes, as gotículas de óleo são revestidas por uma proteína chamada oleosina, que evita a fusão entre as várias gotículas, o que as mantêm menores e conserva o óleo que carregam.

Então, a equipe de estudiosos ativou o gene para a oleosina nas folhas, para que funcionasse paralelamente ao gene responsável pela enzima PDAT. O resultado foi o de que a superexpressão dos dois genes provocou um incremento de 130 vezes na produção de óleo nas folhas, em comparação com as plantas do grupo controle, mas, desta vez, o óleo ficou acondicionado em grandes grupos de gotículas revestidas pela oleosina.

No fundo, o mecanismo

A fim de decifrar o mecanismo bioquímico através do qual a PDAT aumenta a produção de óleo, os cientistas utilizaram o marcador isotópico carbono-14 (C-14). De forma simples: os vegetais usam o acetato, substância composta por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio (C2H3O2), na fabricação de ácidos graxos utilizados na construção dos lipídios das membranas e dos óleos. A partir do C-14, foi possível, literalmente, acompanhar o carbono consumido pela planta nessa atividade e determinar a velocidade com que os ácidos graxos eram produzidos.

Os estudos mostraram que a PDAT ampliava muito a taxa à qual tais ácidos eram feitos pelas plantas. Quando os pesquisadores testaram os efeitos da superexpressão dos genes para a PDAT e oleosina em plantas que já tinham uma elevada taxa de síntese de ácidos graxos, a modificação genética resultou em uma produção de óleo ainda maior — 170 vezes maior, novamente, em comparação com o grupo controle —, chegando a um ponto no qual o óleo passou a representar 10% do peso seco da folha.

“Isso potencialmente se iguala a quase o dobro do rendimento de óleo, por peso, que se pode obter das sementes de canola, que é, hoje, uma das lavouras com maior produção de óleo usadas para alimentação e produção de biodiesel”, disse Xu, que agora trabalha com o bioquímico John Shanklin, de Brookhaven, na exploração do potencial advindo da superexpressão genética em lavouras como a da cana-de-açúcar.

“Esses resultados foram feitos em plantas de laboratório, então ainda precisamos verificar se esta estratégia funcionaria na bioenergia e nas lavouras” disse. Se for possível extrair o óleo extra das plantas em quantidade industrial, a produção de biocombustíveis e a alimentação, principalmente do gado, seriam setores diretamente beneficiados.

Fonte: Phys.org

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This entry was posted on 18 de Outubro de 2013 by in Ciência e Tecnologia and tagged , , , , , , .

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