O Projeto Genoma da Bananeira – uma iniciativa mundial para o benefício dos pequenos produtores

EMBRAPA – Recursos Genéticos e Biotecnologia Candice M. R. Santos, Natália F. Martins, Felipe R. da Silva, Marcos Mota Costa, Manuel Teixeira de Souza Jr.

A banana, cujo nome cientifico é Musa sp., atualmente é cultivada nas regiões localizadas nos trópicos e sub-trópicos, abrangendo mais de 80 países ao redor do mundo. Os brasileiros produzem aproximadamente 5,74 milhões de toneladas de bananas por ano, sendo uma espécie cultivada de Norte a Sul, envolvendo desde a faixa litorânea até os planaltos interioranos. A maior parte da sua produção e destinada ao mercado interno, o que ressalta a grande importância econômica e o elevado alcance social do cultivo, que e explorado principalmente por pequenos produtores.

Os problemas fitossanitários (doenças) são os principais fatores limitantes do cultivo da bananeira no Brasil, como por exemplo, a Sigatoka Negra, considerada a principal doença da banana no mundo. Esta foi recentemente introduzida no Brasil, com potencial de causar danos expressivos à cultura da banana, e causada pelo fungo Mycosphaerella fijiensis, o qual provoca inicialmente, mancha de coloração marrom- claro nas folhas tornando-as negra, diminuindo assim a área fotossintética e conseqüentemente reduzindo a produção de frutos. As perdas em bananas tipo Prata e Maçã podem atingir 100% de redução na produtividade.

A Sigatoka Negra foi descoberta em

Honduras em 1980, e entrou no Brasil pelo estado do Amazonas, na cidade de Benjamim Constant, fronteira com a Colômbia, em 1998, e está disseminada nos estados do Amazonas, Acre, Mato Grosso, Pará, Roraima e Amapá.

Para controlar esta doença, manter a produtividade dos bananais dos estados infectados e retardar sua dispersão tem-se utilizado o controle químico e o controle rígido do transito interestadual de banana.

Entretanto, o custo do controle químico é bastante elevado, tornando o principal desafio dos pesquisadores de diferentes partes do mundo, inclusive do Brasil, o entendimento da genética e do genoma da banana, para seleção de genótipos resistentes, a serem utilizados em programas de melhoramento genético.

Desde 2001, a Embrapa Recursos

Genéticos e Biotecnologia juntamente com a Universidade Católica de Brasília (UCB), e outras instituições de 13 países como: França, Bélgica, Áustria, República Tcheca, Reino Unido, Índia, Malásia, México, Alemanha, Uganda, Estados Unidos, formam o Consórcio Internacional “Musa Genomics”, coordenado pelo INIBAP (International Network for Improvement of Banana and Plantain http://www.promusa.org/promusahomepage.htm).

desenvolvimento

Este consórcio tem como objetivo, em cinco anos, seqüênciar todo genoma da banana, identificar e definir a função de cada gene e verificar o mapa completo da expressão gênica da banana durante seu

Parte do projeto em realização no Brasil está sendo financiado por recursos do CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) e pela EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária).

A bananeira é a primeira planta frutífera exclusivamente tropical a ser seqüenciada. Seu código genético é relativamente pequeno, estima-se que tenha 500 a 600 milhões de pares de bases (como são chamadas as letras que formam o código genético) distribuídos em 1 cromossomos.

O cromossomo é uma fita longa de

DNA, e compreendida por milhões de cópias de quatro letras (A, T, C e G) do código genético, bases do DNA em que estão arranjados os genes e a seções não codificadoras. Encontrar a ordem das seqüências, destas quatro letras e o principal objetivo do projeto.

Chamamos de GENOMA a informação genética presente no conjunto de cromossomos de uma espécie. Cada genoma tem um "programa" para construir e pôr a funcionar um organismo.

Dupla fita de DNA enovelada formando um cromossomo.

No projeto Musagenomics serão estudadas as seqüências expressas em folha (principal parte da planta atacada pela Sigatoka). Nesta etapa será realizado o seqüenciamento das fitas de DNA, que é a determinação da ordem dos nucleotídeos (bases) na molécula. A segunda etapa é a anotação, que envolve a atribuição de funções e identificação de genes no DNA, obtidas através do seqüenciamento.

No seqüenciamento (leitura das informações contidas no DNA) o material genético é fragmentado em pequenos pedaços aleatoriamente e após seqüenciados tais pedaços, são remontados - como quebracabeça, através de ferramentas computacionais e a informação genômica inicial é reconstituída. Essa estratégia é adotada principalmente devido à restrição do tamanho da seqüência que pode ser lida nos seqüenciadores.

Seqüenciador de DNA

No projeto do genoma da banana, adotou-se a técnica conhecida como Shotgun. Nessa técnica, o DNA inteiro é primeiramente inserido em grandes vetores de clonagem, chamados cromossomos artificiais de bactérias (BACs) e depois então é realizado um shotgun desses grandes fragmentos dos vetores, gerando fragmentos menores que serão clonados em vetores para a realização do seqüenciamento.

Técnica de shotgun de DNA, fragmentação do DNA, clonagem em vetores, sequenciamento, anotação e modelagem da proteína traduzida.

Muitas vezes, ao invés de ser realizado o seqüenciamento genômico de um organismo eucarioto, pode-se realizar o seqüenciamento só das regiões gênicas (regiões codificadoras), utilizando informações oriundas de RNA mensageiro. Dessa forma é realizada uma biblioteca de cDNA, representando o conjunto de mRNAs de uma célula, que são clonados em vetores plasmidiais. Os trechos de cDNA presentes em tais vetores são então seqüenciados, produzindo pequenas seqüências que irão representar pedaços dos genes expressos no momento da extração do mRNA da célula em

Minas Gerais

questão. Esses pedaços seqüenciados representam etiquetas de genes expressos, ou ESTs (Expressed Sequence Tags), esta análise dos genes expressos é uma abordagem bastante utilizada na tentativa de entender o funcionamento do metabolismo dos mais diversos organismos. No Brasil, este tipo de abordagem já foi utilizado em larga escala no projeto da cana-de-açúcar e vêm sendo utilizados em organismos parasitas, como é o caso dos projetos de seqüenciamento de ESTs de Schistosoma mansoni em São Paulo e em

Essa estratégia é importante também para estudar o desenvolvimento dos organismos, produzindo bibliotecas de diferentes fases de desenvolvimento e observando quais genes são expressos em cada momento.

Tecnologias modernas em Biologia

O genoma também é importante para estudarmos como ocorre a expressão diferencial de genes em diferentes órgãos de um mesmo organismo, para que possamos entender a função desses órgãos ou como eles realizam funções conhecidas. Portanto, as estratégias de seqüenciamento são complementares e ambas devem ser realizadas, quando possível, para que possamos obter informações relevantes sobre os organismos que estamos estudando.

Uma vez feito o seqüenciamento, outra etapa essencial em um no projeto genoma e a anotação das seqüências. A anotação inicial é feita via comparação das seqüências já obtidas em bancos de dados públicos. O Banco de Dados mais importante é o GenBank, situado nos Estados Unidos da América, e que pode ser consultado através de ferramentas computacionais de bioinformática.

A bioinformática é uma atividade estratégica, que utiliza recursos computacionais dedicados para atender as necessidades de pesquisa e desenvolvimento dos projetos genoma. Essa nova ciência envolve a união de diversas linhas de conhecimento – engenharia de softwares, a matemática, a estatística, a ciência da computação e a biologia molecular. Como uma área multidisciplinar abrange o armazenamento dos dados, processamento, distribuição, análise e interpretação da informação adquirida nos procedimentos de seqüenciamento.

Em outubro de 2001, formou-se a Rede de Bioinformática do Centro-oeste,

BIOFOCO, constituída pela Embrapa - Recursos Genéticos e Biotecnologia, Universidade de Brasília (UnB), Universidade Católica de Brasília (UCB) e Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (UFMS), tendo com objetivo principal desenvolver novas ferramentas para o estudo do genoma de diferentes organismos. Este grupo reúne pesquisadores capacitados para desenvolver novas funcionalidades e aplicálas aos projetos genoma em andamento no Brasil e em outros países. Além disso, há o intuito de se constituir um fórum virtual para o intercâmbio de pesquisadores em bioinformática.

w.biofoco.org

A parte brasileira do projeto Musa

Genomics produziu, até setembro de 2003, aproximadamente 9.0 seqüências derivadas de DNA de folhas de bananeira e de ESTs de folhas expostas à altas e baixas temperaturas. As seqüências geradas foram submetidas aos processos computacionais preliminares visando a anotação. Os resultados obtidos são apresentados na figura abaixo.

As perspectivas do projeto brasileiro compreendem a extensão dos estudos moleculares em busca de genes que induzam a resistência a doenças. Com o intuito de colaborar com a pesquisa de variedades resistentes a Sigatoka negra.

Na opinião do diretor do INIBAP, Dr.

Emile Frison, o desafio do consórcio internacional continua: com a produção de mais conhecimento e, a partir da comparação dos dados de Musa com as informações já obtidas para outras plantas (por exemplo, o arroz). Em setembro de 2002, os pesquisadores reunidos em Leuven - Bélgica, definiram que as diferentes vertentes do consórcio alcançarão, sinergicamente, seus objetivos em benefício dos pequenos produtores mundiais.

Outros 4%

Clorofila a/b 4%

Rubisco 5%

Proteínas induzidas por choque térmico 17%

Não

Identificados 14%

Fotosistema I e

II5%

Proteínas expressas 8%

Desconhecidas 3%

Resultados preliminares do genoma da bananeira realizado pela Embrapa – Recursos Genéticos e Biotecnologia.

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