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Edição de genomas em espécies de gramíneas via CRISPR/Cas9

Processo: 21/13478-2
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de janeiro de 2022
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2024
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Genética - Genética Vegetal
Pesquisador responsável:Silvana Aparecida Creste Dias de Souza
Beneficiário:Danyel Fernandes Contiliani
Instituição-sede: Instituto Agronômico (IAC). Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA). Secretaria de Agricultura e Abastecimento (São Paulo - Estado). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:20/07045-3 - Estratégias biotecnológicas e genômicas para qualidade, produtividade e manejo sustentável de citros, café e cana-de-açúcar no estado de São Paulo, AP.NPOP
Assunto(s):Biotecnologia   Gramíneas   Arroz   Cana-de-açúcar   Agricultura sustentável   CRISPR-Cas9   Repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente espaçadas   Edição de RNA

Resumo

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma gramínea C4 amplamente cultivada em regiões tropicais e subtropicais e utilizada como matéria prima para a produção de açúcar e biocombustíveis. O Brasil é o líder mundial na produção de cana-de-açúcar, com uma colheita estimada de 600 mil toneladas na safra 2020/2021, o que resulta na representação de 2% do PIB brasileiro pelo setor sucroenergético. Entretanto, as mudanças climáticas e os seus impactos ambientais limitam a extensão da área cultivável. Neste contexto, de forma simultânea, estresses bióticos (como pragas agrícolas e fitopatógenos) e abióticos (fatores físicos e químicos) afetam diretamente à sobrevivência de culturas agronomicamente importantes. Portanto, o setor agrícola demanda novas variedades de culturas sustentáveis para superar os prejuízos causados por estes fatores ambientais e biológicos. Particularmente, dentre os estresses abióticos causados pelas mudanças climáticas, a seca é considerada como o principal fator limitante para a produtividade de cana-de-açúcar. Em condições de limitação hídrica, as plantas desencadeiam respostas adaptativas, envolvendo mudanças morfológicas, fisiológicas, bioquímicas e moleculares, que são sustentadas pela expressão diferencial de inúmeros genes associados à tolerância à seca. Nos últimos anos, as tecnologias "ômicas" (e.g., genômica, transcriptômica, proteômica) contribuíram substancialmente para um melhor entendimento sobre as bases moleculares das interações planta-ambiente. Além disso, a transformação genética de plantas proporcionou tanto as validações experimentais dos dados genômicos, quanto o desenvolvimento de plantas transgênicas comerciais. Recentemente, a abordagem de edição de genomas ganhou suporte com o advento da tecnologia CRISPR/Cas devido à sua viabilidade de aplicação em diversos contextos, como a agricultura, e se tornou o foco de muitas empresas e laboratórios de pesquisa no mundo todo. Em contraste ao mecanismo de ação da transgenia convencional, CRISPR/Cas permite a manipulação precisa do genoma por uma enzima nuclease (Cas9, por exemplo) guiada por RNA. Adicionalmente, esta tecnologia possibilita o desenvolvimento de plantas livres de transgenes e com inserções/deleções de poucos nucleotídeos, evitando longos processos de desregulamentação de Organismos Geneticamente Modificados (OGMs), acelerando o lançamento de variedades comerciais ao mercado. Dessa forma, o presente projeto visa estabelecer a tecnologia CRISPR/Cas no Centro de Cana (Instituto Agronômico de Campinas, IAC) para o desenvolvimento de plantas sustentáveis com traços de interesse agronômico. Devido à complexidade genômica da cana-de-açúcar, arroz (Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Nipponbare) será utilizado como planta modelo para edição gênica. Inicialmente, será realizado o nocaute do gene fructokinase-like 2 (fls2), que resulta em um fenótipo albino facilmente detectável. Para isto, o vetor plasmidial CRISPR-Cas9 será entregue a calos embriogênicos de arroz via transformação mediada por agrobactéria. O nocaute gênico será confirmado por ensaio de clivagem de bases não pareadas, seguido de sequenciamento de DNA. Genes de cana-de-açúcar funcionalmente validados pelo nosso grupo (por meio de análises de expressão global e superexpressão gênica) serão utilizados como alvos de edição gênica via CRISPR-Cas em plantas de arroz. Por fim, ensaios fisiológicos e biométricos serão conduzidos para evidenciar possíveis mudanças no desenvolvimento das plantas geneticamente editadas. Prospectivamente, o atual estudo tem potencial no estabelecimento de uma plataforma de edição genômica no Centro de Cana e, assim, poderá abrir caminhos para a manipulação precisa de genes associados à produtividade de cana-de-açúcar e outras gramíneas. (AU)

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