Cientistas ativam gene em trigo e elevam produção com mais ovários por flor

Pesquisadores de universidades dos Estados Unidos, Austrália e China identificaram o gene responsável por uma característica rara no trigo: a formação de flores com até três ovários funcionais, em vez de um. A ativação do gene WUSCHEL-D1 (WUS-D1) provocou o desenvolvimento de flores multiovuladas, o que resultou em um aumento de até 70% no número de grãos por espiga.

A descoberta baseia-se na análise do trigo mutante chamado MOV (multiovary), já conhecido por formar mais de um pistilo por flor, mas cuja base genética permanecia desconhecida. A ativação do gene WUS-D1 ocorre por uma reorganização incomum do genoma na planta.

Essa ativação resulta em meristemas florais maiores, que passam a produzir múltiplos ovários. O gene WUS-D1 pertence a uma família de reguladores de crescimento de células-tronco vegetais, e sua superexpressão já havia sido associada ao aumento do número de flores e órgãos reprodutivos em tomate, pepino, arroz e milho.

Rearranjo genético

O trabalho envolveu sequenciamento completo do genoma da linha MOV, usando tecnologias PacBio e Nanopore. Os pesquisadores observaram que o locus Mov-1, no braço longo do cromossomo 2D, apresentava uma deleção de 414 mil pares de bases combinada com uma inserção invertida de 31 mil pares de bases. Essa estrutura incomum alterou a cromatina e facilitou a ativação do gene WUS-D1.

O gene WUS-D1 mostrou-se até 34,5 vezes mais ativo nos tecidos reprodutivos da linha MOV, quando comparado ao trigo convencional (SOV, de single ovary). Essa superexpressão ocorreu durante todas as etapas iniciais do desenvolvimento floral.

Além disso, os cientistas observaram que o aumento da atividade do WUS-D1 não afetou o tempo de florescimento nem o comprimento da espiga. No entanto, a formação de espiguetas duplas e o aumento do número de flores por espigueta resultaram em uma espiga com 204 grãos, contra 119 do trigo comum.

Provas genéticas

Para validar a função do gene, os pesquisadores usaram duas abordagens complementares: mutação e cruzamento. Em uma delas, plantas MOV foram submetidas a irradiação e ao agente mutagênico EMS para gerar mutações no gene WUS-D1. Todas as plantas com mutações inativadoras perderam o caráter multiovário e produziram apenas um grão por flor.

Em outra estratégia, plantas MOV foram cruzadas com variedades de trigo SOV. Os descendentes com o alelo mutante voltaram a produzir espigas convencionais. Já os que mantiveram o WUS-D1 funcional continuaram exibindo múltiplos ovários.

Efeitos colaterais

As plantas MOV também exibiram outras características associadas à maior atividade meristemática. Desenvolveram caules mais grossos e folhas mais largas. Apesar do aumento no número de grãos, esses eram menores e mais leves que os do trigo SOV, o que pode indicar uma limitação na redistribuição de assimilados.

A descoberta abre caminho para o uso de técnicas de edição gênica com foco em regiões reguladoras do WUS-D1. Segundo os autores, alterações no controle espacial e temporal desse gene podem permitir a criação de linhagens que equilibram aumento do número de grãos com manutenção do tamanho e peso dos grãos.

Outras informações em doi.org/10.1073/pnas.2510889122