Acelerar a seleção natural no laboratório: ensinar novos truques aos genes das plantas

Há anos que os cientistas afirmam que a evolução dirigida é uma das formas mais poderosas de melhorar as proteínas.

O processo envolve a produção de muitas versões ligeiramente diferentes de genes, testando quais as que funcionam melhor, mantendo as vencedoras e repetindo tudo de novo - um pouco como acelerar a seleção natural no laboratório.

No entanto, só vimos isto ser aplicado a micróbios, células animais ou tubos de ensaio, o que deixou as culturas de fora durante muito tempo. Até agora.

Investigadores chineses afirmam ter encontrado uma forma de acelerar esse mesmo processo no interior das folhas - algo que normalmente demora muito tempo, uma vez que as células vegetais se dividem lentamente.

Uma folha em quatro dias

A equipa responsável pelas descobertas associou a atividade útil de um gene à rápida cópia de ADN no interior de uma folha, de modo a que as melhores variantes se multipliquem e as mais fracas desapareçam.

Sob a direção do Professor Gao Caixia do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento do CAS e do Professor Qiu Jinlong do Instituto de Microbiologia, a investigação é apresentada sob a forma de uma plataforma denominada Geminivirus Replicon-Assisted in Planta Direted Evolution, ou “GRAPE”.

De acordo com a investigação, a abordagem baseia-se nos geminivírus - vírus de ADN de plantas conhecidos pela replicação em círculo rolante, que produz muitas cópias de ADN circular. Funciona através da mutação de um gene de interesse no laboratório e da inserção das variantes em “réplicas” de ADN circular modificado.

Essas bibliotecas são depois entregues nas folhas de Nicotiana benthamiana, disseram os cientistas, explicando que se uma variante fizer o trabalho que os investigadores pretendem, desencadeia mais cópias de réplicas, pelo que essa variante se torna mais comum. Isto faz com que as variantes que não fazem nada fiquem para trás, com o ciclo a terminar numa folha em cerca de quatro dias, o que é rápido para os padrões das plantas, disseram os investigadores.

Uma agricultura mais resiliente?

A equipa de investigação argumenta que o GRAPE se adapta melhor a problemas específicos das plantas do que os sistemas que desenvolvem genes em micróbios, porque a seleção ocorre no interior das células vegetais e o método pode visar características que dependem da regulação das plantas.

Acrescentam ainda que qualquer função que possa ser associada à replicação em círculo rolante é candidata, o que pode significar boas notícias para além da imunidade, desde proteases para investigação a futuras características relevantes para a reprodução.

O que os cientistas afirmam ser uma grande vantagem neste caso é a velocidade, a escalabilidade e menos becos sem saída quando se passa do laboratório para o terreno. Se assim for, o GRAPE pode muito bem tornar-se noutra ferramenta para uma engenharia de culturas mais rápida e, a seu tempo, para uma agricultura mais resiliente.

Referência da notícia

Engineered geminivirus replicons enable rapid in planta directed evolution, published in Science, 2025.