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Cultivos tolerantes à seca com uso de biotecnologia

15/06/2022
À esquerda, soja HB4 e à direita, soja convencional, submetidas ao mesmo índice de estresse hídrico. Crédito para: Bioceres Crop Solutions 

As mudanças climáticas chegaram para ficar. Do ponto de vista do agricultor o principal contratempo é o aumento dos riscos climáticos, particularmente de períodos de seca prolongados, como ocorreu na safra 2021/22. A germinação, desenvolvimento e rendimento final das lavouras podem ser bastante prejudicados por estresses abióticos, com prejuízos incomensuráveis para todos os elos do agronegócio, para o consumidor, para a sociedade e para os governos. Um estudo publicado em 5/5/2022 mostrou que 80% da área cultivada no mundo enfrentará sérios problemas de estresse hídrico, ao longo do presente século (http://bitly.ws/qIeo).

Uma das principais ferramentas que o agricultor poderá contar no futuro, para enfrentar as mudanças climáticas, será a utilização de cultivares tolerantes à seca e a altas temperaturas. Partindo de plantas já cultivadas, com alta produtividade e outras características desejáveis, e utilizando melhoramento clássico ou ferramentas avançadas de biotecnologia, os cientistas estão introduzindo nelas a capacidade de obter produtividade adequada, em um ambiente de forte restrição de água. Em alguns casos, a tolerância às temperaturas mais elevadas, que costumam ocorrer em períodos de ausência de chuvas, também está presente nas cultivares tolerantes à seca.

As primeiras tentativas de desenvolver culturas tolerantes à seca, usando a biotecnologia, envolviam genes de plantas adaptadas aos ambientes de deserto. Esses genes conferem às plantas maior capacidade de síntese de osmólitos, que auxiliam na manutenção da turgidez, ou de enzimas envolvidas na eliminação de espécies reativas de oxigênio (ROS, na sigla em inglês), que se acumulam nas plantas, em condições de estresse. Trata-se de radicais de oxigênio, energeticamente mais reativos que o oxigênio molecular, ou seja, com maior facilidade em reagir com outras substâncias, podendo gerar uma sequência de reações de oxidação que levam à deterioração de membranas e macromoléculas biológicas como proteínas e DNA, com prejuízos ao organismo. O uso dessa abordagem pode resultar em plantas com tolerância à seca, porém com produtividade menor do que quando cultivadas em condições de oferta adequada de água. Estava posto o desafio para os cientistas: tolerar a seca, mas não perder produtividade na ausência de estresse hídrico.

Trigo

Há 20 anos, uma empresa privada (Bioceres), uma universidade (Universidade Nacional del Litoral - UNL) e uma agência pública (CONICET) da Argentina somaram esforços para obter uma variedade de trigo tolerante à seca. Tudo começou com a identificação de um gene presente no girassol, denominado HaHB-4, o qual, transposto para uma planta modelo usada por cientistas (Arabidopsis thaliana), demonstrou ser responsável por tolerância à seca. Os cientistas argentinos usaram uma estratégia diferente da descrita anteriormente, trabalhando com genes responsáveis por cascatas de sinalização e regulação da expressão gênica, partindo de observações anteriores de que os genes reguladores permitem manter ou até aumentar os rendimentos dos cultivos, mesmo sob condições adversas.

Foi por esse motivo que escolheram o gene HaHB-4, que é um fator de transcrição que modula a expressão de várias centenas de genes e oferece tolerância à seca. Além disso, a ação desse gene não está relacionada ao fechamento precoce dos estômatos, um alvo que foi descartado após o insucesso nas primeiras tentativas para obter genótipos com tolerância à seca. O artigo científico que descreve a obtenção se encontra em http://bitly.ws/qHwe.

A ação hormonal do etileno nas plantas desempenha um papel importante na diminuição do rendimento das culturas cultivadas sob condições de estresse abiótico. Por esse motivo, uma versão particularmente eficiente do gene HaHB-4 foi utilizada, de modo a não só diminuir a síntese de etileno, como fazendo com que as plantas sejam mais insensíveis aos seus efeitos.

As primeiras variedades de trigo transformados com o gene de tolerância foram testadas no campo em 2008. As melhores linhagens foram selecionadas em 2012, com os resultados dos testes mostrando que a tecnologia melhorou a produtividade em anos adversos, quando os rendimentos são geralmente baixos.

Os autores do estudo exemplificam que uma linhagem transgênica rendeu 6% a mais e teve eficiência de uso de água 9,4% maior do que a testemunha, na média dos ambientes avaliados. As diferenças no rendimento de grãos entre as cultivares foram explicadas pela melhoria de 8% no número de grãos por metro quadrado, e foram mais pronunciadas em condições de estresse (em média 16%) do que em condições sem estresse (em média 3%), atingindo um máximo de 97% em um dos ambientes mais secos. Nas plantas transgênicas, o aumento do número de grãos por metro quadrado foi acompanhado por incrementos no número de espiguetas por espiga, perfilhos por planta e floretes férteis por planta.

Assim que os eventos finais foram selecionados em cada safra, os estudos regulatórios adicionais foram iniciados, posto que as aprovações de comercialização em cada local de produção ou de consumo requerem extensos dados de biossegurança, a fim de demonstrar sua segurança à saúde humana, animal e ao meio ambiente.

Nesse particular é assaz importante salientar três aspectos fundamentais a respeito da segurança do consumo de produtos contendo o gene HaHB4, e não apenas do trigo. Acima de tudo, temos que considerar que o gene está presente no girassol desde o início do consumo desta planta, seja por seres humanos ou por animais, sem que nunca houvesse sido relatado um problema de saúde a ele associado. Em segundo lugar, o HaHB4 atua como um regulador transcricional de vias endógenas, que compõem os processos fisiológicos naturais das plantas. Assim, não são encontrados proteínas ou metabólitos que não aqueles já naturalmente existentes nas variedades não transgênicas. Finalmente, porém não menos importante: sendo um fator de transcrição, o gene é expresso em níveis extremamente baixos, tornando a sua presença em alimentos um risco de segurança negligenciável.

Lembrando que a equivalência da composição química entre genótipos transgênicos e seus similares convencionais é uma medida exigida pelas autoridades reguladoras da segurança dos alimentos, para sua aprovação. Os resultados da equivalência da composição química de trigo transgênico e convencional estão descritos em http://bitly.ws/qHNq.

A nova variedade de trigo é direcionada para a produção e consumo na América Latina, pois esta região é um importador líquido de trigo, tendo sido patenteada na Argentina e em 14 outros países, incluindo o Brasil, que importa da Argentina mais de 80% do trigo que chega do exterior. Na safra 2021/22 a Argentina cultivou cerca de 50.000 ha de trigo tolerante à seca, a maior parte destinada à produção de sementes para expansão da área nas próximas safras.

À esquerda, trigo HB4 e à direita, trigo convencional, submetido ao mesmo índice de estresse hídrico. Crédito para: Bioceres Crop Solutions

Soja

Diferentes abordagens têm sido utilizadas na tentativa de obter cultivares tolerantes à seca, entre elas a expressão de osmoprotetores, chaperonas, transportadores, proteínas de membrana e enzimas, mas nenhum produto dessas técnicas atingiu o mercado.

No Brasil, a equipe da Embrapa Soja desenvolve estudos com a incorporação de diferentes fatores de transcrição, em genótipos de soja, entre esses o gene de arabidopsis AtAREB1, o qual atua como regulador de respostas das plantas ao estresse hídrico. Os resultados mostraram que as plântulas dos genótipos transgênicos apresentaram maior taxa de sobrevivência sob déficit hídrico severo, maior eficiência no uso de água e maior estabilidade de rendimento em comparação ao background convencional, quando testado no campo em situações de déficit hídrico. Os estudos estão descritos em http://bitly.ws/qW5Y.

A mesma equipe de cientistas argentinos que desenvolveu o trigo tolerante à seca também desenvolveu uma cultivar de soja com característica similar. O gene HaHB-4 foi introduzido em cultivares de soja, gerando genótipos transgênicos que, na média de 27 experimentos conduzidos na Argentina, produziram 4% a mais que a cultivar original, não transgênica. Quando os resultados são desdobrados por ambiente, as vantagens do genótipo tolerante à seca ficam mais evidentes pois, em condições de seca, as linhagens tolerantes produziram 8,6% mais, sendo 10,5% superior quando a temperatura era mais elevada e 5,1% com temperatura mais baixa (pormenores em http://bitly.ws/qHPC).

A tecnologia foi patenteada em 11 países, entre eles o Brasil. A equivalência da composição química entre soja transgênica, tolerante à seca, e convencional, pode ser acessada em http://bitly.ws/qHMo. Com a aprovação da soja HB4 pela China, ocorrida em final de abril de 2022 (http://bitly.ws/qHQ3), é esperado um forte incremento do cultivo comercial da mesma na Argentina, já na próxima safra, uma vez que, na safra 2021/22 a área cultivada foi de 21.000 hectares, quase integralmente para produção de sementes.

Milho

Nos Estados Unidos foram desenvolvidos híbridos de milho tolerantes à seca, tanto por melhoramento clássico, quanto com o uso de transgênese, com estimativa de que 22% da área tenha sido cultivada com genótipos tolerantes à seca, em 2016. No caso dos híbridos Drought-Guard e PT-Perkebunan a abordagem utilizada foi a da introdução de uma chaperona, originalmente presente em Bacillus subtilis, que permite tolerar determinados graus de estresse hídrico.

Entrementes, conforme pesquisas realizadas pelo USDA, os genótipos de milho tolerantes à seca, atualmente cultivados, apresentam rendimento pouco superior aos não tolerantes, em condições usuais de seca que os agricultores experimentam em seus campos. Adicionalmente, alguns estudos sugerem que eles não são eficazes em secas severas.

Os dados da Pesquisa de Gerenciamento de Recursos Agrícolas do USDA (ARMS), relativos a 2016, mostram que os rendimentos de milho tolerante à seca foram, em média, 4% mais altos do que os rendimentos de milho não tolerante, sem que a diferença fosse estatisticamente significativa, de acordo com um relatório do USDA (http://bitly.ws/qHSA). O Dr. McFadden, autor do relatório, aponta que os genótipos de milho tolerantes à seca não foram projetados para produzir rendimentos significativamente maiores do que as variedades convencionais, sob condições de cultivo sem seca, que prevalecem na maioria das principais áreas produtoras de milho dos EUA.

Cana-de-açúcar

Pesquisadores da Universidade Federal de Alagoas lançaram no mercado a cultivar RB0442, desenvolvida por melhoramento clássico, com a característica de alta produtividade e boa tolerância à seca, com grande adaptação às condições de produção do nordeste do Brasil. Os resultados indicaram ganhos médios de produtividade de 14% e aumento de 3,5% no teor de açúcar total recuperável (ATR). Em condições de estresse hídrico o ganho de produtividade foi de 24,5%, além de aumento de 11,5% no ATR.

Uma equipe da Embrapa incorporou o gene DREB2 na cana-de-açúcar, obtendo genótipos que, em casa-de-vegetação, demonstraram tolerância ao estresse hídrico, associado com níveis mais elevados de sacarose, considerado um forte indicativo da possibilidade de desenvolvimento de variedades transgênicas tolerantes à seca (http://bitly.ws/qHUX).

Ferramenta que será útil

Com o aprofundamento das mudanças climáticas em curso, a imprevisibilidade do clima e a ocorrência de eventos extremos – como a seca – com frequência e intensidade cada vez maiores, se configuram como o grande desafio da agropecuária no futuro imediato e no longo prazo. O desenvolvimento de genótipos tolerantes à seca será uma excelente alternativa para os agricultores enfrentarem o problema, sem nunca esquecer de outras tecnologias, em especial o manejo do solo e das culturas e o uso de irrigação. Essa integração será primordial para garantir a segurança alimentar do planeta Terra, no médio e longo prazos.

Décio Luiz Gazzoni, pesquisador da Embrapa Soja e membro do Conselho Científico Agro Sustentável (CCAS)

Décio Luiz Gazzoni, pesquisador da Embrapa Soja e membro do Conselho Científico Agro Sustentável (CCAS)

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