Sequenciamento do genoma de Urochloa ruziziensis potencializa melhoramento genético de espécies forrageiras

Com o uso de tecnologias de sequenciamento de DNA e bioinformática de última geração, pesquisadores da Embrapa montaram o genoma da Urochloa ruziziensis, uma das gramíneas forrageiras mais utilizadas na agropecuária tropical, especialmente em sistemas de integração. As informações geradas a partir do genoma dessa espécie de braquiária darão suporte ao desenvolvimento de cultivares forrageiras de forma mais precisa e dinâmica. Dessa forma, os programas de melhoramento genético de forrageiras poderão solucionar problemas da agropecuária com maior eficiência e agilidade ao disponibilizarem cultivares melhoradas em menor tempo. 

Marco Pessoa Filho, pesquisador da Embrapa Cerrados (DF), explica que a U. ruziziensis tem proximidade evolutiva com as demais espécies do gênero Urochloa mais utilizadas nas pastagens tropicais cultivadas – U. brizantha, U. decumbens e U. humidicola. Mas enquanto essas espécies são apomíticas, ou seja, se reproduzem de forma assexuada, gerando sementes clonais sem troca de material genético, a U. ruziziensis tem modo de reprodução sexual, por meio da troca de pólen.

Por essa característica, uma vantagem da U. ruziziensis, segundo o pesquisador, é a possibilidade de recombinar a diversidade genética da espécie por cruzamentos e de selecionar as melhores combinações por melhoramento genético clássico, sem as limitações das espécies apomíticas, cujas cultivares são geralmente obtidas a partir de acessos (amostras coletadas no campo e que representam a variação genética de uma população ou de um indivíduo propagado por clones), o que limita a variabilidade genética; ou por cruzamento entre diferentes espécies, o que em alguns casos pode resultar em problemas de compatibilidade e produção de sementes.

Além disso, a U. ruziziensis tem genoma diploide, ou seja, o DNA da planta está organizado em dois conjuntos de cromossomos (no caso dessa espécie, nove pares), enquanto as demais braquiárias cultivadas são poliploides, apresentando quatro, seis ou mais conjuntos de cromossomos. A espécie também foi escolhida para estudo por ter um genoma relativamente pequeno. “É um genoma mais simples de trabalhar quando comparado a outras braquiárias”, explica Pessoa.

“Ao melhorarmos geneticamente a U. ruziziensis, podemos tanto obter bons materiais para o desenvolvimento de cultivares dessa espécie (recombinação intraespecífica) como também apoiar o melhoramento das espécies apomíticas, fornecendo bons indivíduos sexuais que poderão ser cruzados com bons indivíduos apomíticos (recombinação interespecífica)”, acrescenta o pesquisador.

Ele lembra que a redução nos custos de novas tecnologias de genômica tem permitido aos grupos de pesquisa atuarem de forma independente, sem a necessidade do estabelecimento de grandes redes. No caso da montagem do genoma da U. ruziziensis, a equipe contou com a prestação de serviços de sequenciamento externos, realizando a maior parte do trabalho computacional na própria Embrapa.

Utilização

O genoma obtido nesse trabalho poderá ser utilizado em pesquisas sobre genômica, biologia avançada, genética, caracterização e uso de recursos genéticos em apoio a programas de melhoramento de gramíneas forrageiras tropicais.

Ele servirá de base para a descoberta de variantes genômicas (posições no genoma que variam entre os indivíduos, podendo ser mutações, inserções ou deleções) que poderão ser aplicadas em plataformas de genotipagem para seleção genômica, estudos de associação entre genótipo (composição gênica do indivíduo) e fenótipo (características físicas do indivíduo), caracterização de germoplasma (material genético) e mapeamento genético, e para o aplicação de novas tecnologias de edição gênica, como CRISPR.

“O genoma em si deixou de ser o objetivo final da pesquisa. Hoje, ele é o ponto de partida para o desenvolvimento de ferramentas de apoio ao melhoramento”, analisa o pesquisador. Assim, após o sequenciamento do genoma, têm sido descobertas, em um novo projeto de pesquisa, variantes genômicas para aplicação futura em plataformas de genotipagem. “Nossa expectativa é de que possamos, em breve, calibrar modelos de predição baseados em informação genômica para características de interesse como produtividade de biomassa e de sementes”, exemplifica Pessoa para o caso das espécies forrageiras.

Além disso, a expertise obtida com o sequenciamento genômico da U. ruziziensis poderá ser transferida a grupos de pesquisa em genética e melhoramento de outras espécies forrageiras na Embrapa, incentivando a obtenção de novos genomas e amplificando ainda mais o impacto e os benefícios proporcionados pela tecnologia.

“Estamos produzindo bases sólidas de conhecimento para apoiar os trabalhos de melhoramento genético em médio e longo prazo. A descoberta de variantes ancorada em genomas de referência de qualidade permitirá uma escolha informada de marcadores para implementação de plataformas de genotipagem com finalidades específicas”, diz o pesquisador, acrescentando que essa abordagem já vem sendo utilizada com sucesso pela Embrapa em espécies como o eucalipto.

A pesquisa de sequenciamento genômico da U. ruziziensis contou com recursos de R$ 187,8 mil da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF) e teve contribuição de pesquisadores da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia e da Embrapa Gado de Leite.

Os dados genômicos estão disponíveis publicamente para download no National Center for Biotechnology Information (NCBI). Dados de predição e anotação de genes e de localização de polimorfismos de base única (SNPs) estão armazenados em banco de dados interno, implementado na plataforma Machado, desenvolvida por pesquisadores da Embrapa Agricultura Digital.