Pesquisadores identificam gene responsável pela dureza das paredes celulares vegetais

Uma equipe multinacional de pesquisadores do Brasil, Reino Unido e Estados Unidos identificou um gene envolvido na dureza das paredes celulares de vegetais. Trata-se de um considerável avanço para a produção de etanol de segunda geração, feito a partir da biomassa vegetal. A supressão desse gene aumentou a liberação de açúcares em até 60%. As descobertas do grupo foram apresentadas hoje na revista New Phytologist. Outra aplicação prática desses resultados será o desenvolvimento de gramíneas mais digeríveis com maior valor nutricional para os animais ruminantes.

A biomassa vegetal possui considerável poder calorífico, mas a maioria dessa energia está contida nas robustas paredes celulares, uma vantagem evolutiva que ajudou as gramíneas forrageiras a sobreviverem e prosperarem por mais de 60 milhões de anos. O problema é que essa robustez dificulta a digestão no rúmen de bovinos e ovinos e é um obstáculo para a produção de etanol nas biorrefinarias.

Impacto global

"O impacto da pesquisa é potencialmente global, pois todos os países utilizam pastagens para alimentar seus animais e várias biorrefinarias em todo o mundo usam essa matéria-prima", diz Rowan Mitchell, biólogo de plantas do Rothamsted Research, no Reino Unido, e co-líder da equipe.

Hugo Molinari, pesquisador no Laboratório de Genética e Biotecnologia da Embrapa Agroenergia (DF), que também coordena os trabalhos, informa que o setor envolve cifras bilionárias. "Somente no Brasil, os mercados potenciais desta tecnologia foram avaliados no ano passado em R$ 1,3 bilhão (US$ 400 milhões) para o segmento de biocombustíveis e de R$ 61 milhões para alimentação de bovinos. Além do impacto econômico, é importante dizer que é uma descoberta muito importante para a comunidade científica ", afirma o cientista da Embrapa.

Bilhões de toneladas de biomassa de pastagens são produzidas todos os anos, observa Mitchell, e uma característica-chave dessas forrageiras é a sua digestibilidade, o que determina quão econômico é produzir biocombustíveis e quão nutritivo será para os animais. O aumento da rigidez da parede celular, ou a chamada feruloilação, reduz sua digestibilidade.

"Há dez anos, nós identificamos genes específicos de gramíneas candidatos ao controle da feruloilação da parede celular, mas provou-se ser muito difícil demonstrar esse papel, embora muitos laboratórios tenham tentado. Nós produzimos a primeira forte evidência para um desses genes identificados", conta o cientista.

A equipe de transformação de plantas utilizou um transgene para suprimir o gene endógeno responsável pela feruloilação para cerca de 20% de sua atividade normal. Dessa forma, a biomassa produzida tornou-se menos feruloilada (apresenta menor rigidez nas paredes celulares) em comparação a uma planta não modificada.

"A supressão não mostrou efeito óbvio sobre a produção de biomassa ou sobre a aparência das plantas transgênicas com menor feruloilação", observa Mitchell. "Cientificamente, agora queremos descobrir como esse gene atua no processo de feruloilação. Dessa forma, podemos tornar o processo ainda mais eficiente," prevê o pesquisador.

Avanço para o etanol brasileiro

As descobertas irão beneficiar o Brasil, detentor de uma indústria de bioenergia em expansão que usa os resíduos de gramíneas, como milho e cana-de-açúcar, como biomassas dedicadas para produzir bioetanol. A descoberta do gene permitirá o desenvolvimento de plantas com paredes celulares mais fáceis de serem quebradas. A consequência será o aumento da eficiência na produção de bioetanol o que, na avaliação de Molinari, da Embrapa, irá ajudar a substituição de combustíveis de origem fóssil e a redução a emissão de gases de efeito estufa.

"De forma econômica e ambiental, o setor agropecuário se beneficiará de uma forragem mais eficiente e nossa indústria de biocombustíveis se beneficiará da biomassa que precisa de menos enzimas para quebrá-la durante o processo de hidrólise", detalha o cientista brasileiro.

Para o professor de Bioquímica da Universidade de Wisconsin-Madison e pesquisador do Centro de Pesquisa de Bioenergia dos Grandes Lagos do Departamento de Energia dos EUA, John Ralph, a descoberta era há muito esperada e foi duramente conquistada. "Vários grupos de pesquisa estiveram muito perto da proteína / gene responsável pela feruloilação e [os trabalhos nessa área] começaram há cerca de 20 anos", conta o cientista que é co-autor da pesquisa e um dos pioneiros nessa área.

"O nosso grupo vem trabalhando desde o início dos anos 1990 nas ligações cruzadas de ferulatos na parede celular de plantas e desenvolveu métodos de ressonância magnética nuclear (RMN) que foram úteis na caracterização deste estudo", observa Ralph. "A descoberta disso foi muito difícil".