Estudos das vias genéticas de plantas extremófilas: uma nova abordagem em engenharia genética para tolerância ao estresse biótico em plantas cultivadas

• Processo: 20/07578-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2021
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Acordo de Cooperação: Universidad de la Frontera
• Pesquisador responsável: Helaine Carrer
• Beneficiário: Helaine Carrer
• Pesquisador Responsável no exterior: León Aloys Bravo Ramírez
• Instituição Parceira no exterior: Universidad de La Frontera (UFRO), Chile
• Instituição Sede: Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ). Universidade de São Paulo (USP). Piracicaba , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Marjorie Maranela Reyes Diaz ; Michel Francisco Abanto Marin
• Assunto(s): Genética vegetal Transcriptômica Tolerância das culturas Organismos extremófilos Fotossíntese Biologia computacional Mudança climática
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Abiotic stress tolerance | bioinformatics | climate changes | photosynthesis | Plant Genetic Transformation | Transcriptomics | Genética de Plantas

Resumo

Plantas são organismos sésseis que para poderem colonizar ambientes extremos existentes elas desenvolveram características morfológicas, fisiológicas e metabólicas que lhes conferem a capacidade de resistir a condições extremas de habitat com capacidade de crescer e se reproduzir nessas condições. Estas plantas são chamadas de Extremófilas. Um "trade-off" (relação inversa) entre produtividade de plantas e tolerância ao estresse foi observado na natureza. Esse fenômeno parece estar associado ao fato de que os recursos que as plantas podem obter são limitados; quando as plantas alocam seus recursos para fotossíntese e crescimento, elas não conseguem desenvolver um mecanismo de tolerância eficiente e vice-versa. No entanto, há um grupo de plantas que escapam a essa relação inversa e são consideradas "outliers", porque podem manter uma significativa tolerância ao estresse sem sacrificar a capacidade fotossintética. Em uma triagem nós identificamos várias dessas plantas "outliers" associados a ambientes extremos, como a Antártica, o deserto seco no norte do Chile e a alta altitude nas montanhas. Essas espécies são notavelmente interessantes porque desenvolveram mecanismos de tolerância que não afetam sua capacidade de alta produção primária. Elas desenvolveram estratégias de proteção muito econômicas em termos de alocação de recursos. Esse é exatamente o tipo de característica útil para aumentar a tolerância das culturas à seca ou outros fatores associados às mudanças climáticas sem perder produtividade significativa. Hoje este é um desafio para garantir a segurança alimentar para o próximo século. Nesta proposta, estudaremos os genes associados à capacidade de espécies "outlier" de tolerar o estresse com baixo comprometimento na capacidade fotossintética. Compararemos as espécies "outliers" Deschampsia antarctica; Colobanthus quitensis e Prosopis tamarugo com suas espécies congenéricas mais próximas (ou filogeneticamente relacionadas) em condições ótimas e de estresse e avaliaremos sua rede de co-expressão gênica usando uma abordagem transcriptômica. Em seguida, ferramentas de descoberta de genes serão utilizadas para identificar genes associados às características "outliers". Os genes candidatos serão caracterizados e validados usando uma abordagem transgênica, transformando geneticamente plantas-modelo como A. thaliana, N. tabacum e S. lycopersicon para estudar como os transgenes modificam a tolerância ao estresse e a validação de suas funções. A experiência de dois grupos de pesquisa consolidados será reunida nesta proposta. A equipe da ESALQ, com uma vasta experiência na transformação de plantas modelo e de culturas, e a equipe da UFRO, com vasta experiência no trabalho com tolerância ao estresse fisiológico e plantas extremófilas. Esperamos que essa estratégia conjunta forneça um ambiente crucial para catalisar sinergias e criar um ambiente promissor para formar jovens cientistas que possam obter experiências destes dois grupos científicos. (AU)