palestra o papel das novas biotecnologias no melhoramento

PALESTRA
21ª RAIB
O PAPEL DAS NOVAS BIOTECNOLOGIAS NO
MELHORAMENTO GENÉTICO DO PINHÃO MANSO
Daniela de Argollo Marques1, Roseli Aparecida Ferrari2
Instituto Agronômico de Campinas, Centro de P&D de Recursos Genéticos Vegetais.
Instituto de Tecnologia dos Alimentos Centro de Ciência e Qualidade de Alimentos.
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Sob uma ótica de sistema de produção sustentável
de biocombustíveis é previsto um aumento extraordinário da demanda de oleaginosas no Brasil e no
mundo, principalmente tendo em vista a
obrigatoriedade da mistura de porcentagens cada vez
maiores de biodiesel ao diesel de petróleo (atualmente
no Brasil, 3%: B3). Esta demanda só será suprida se
forem desenvolvidas variedades com excepcionais
características fitossanitárias, agro-morfológicas e
fitoquímicas. No caso do pinhão manso (Jatropha
curcas), espécie perene, o desenvolvimento destas
variedades será acelerado se estudos genéticos e
fitoquímicos receberem suporte financeiro e humano,
possibilitando a formação e integração de uma rede
de pesquisas multidisciplinar.
Estudos preliminares com a espécie J. curcas realizados no IAC, nos anos 80, foram recentemente retomados pela nossa equipe em parceria com o ITAL.
Introduções de acessos de J. curcas e outras espécies do
mesmo gênero têm sido realizadas para ampliação do
banco ativo de germoplasma visando dar suporte ao
programa de melhoramento genético e desenvolvimento de genótipos superiores de pinhão manso.
A chave para o sucesso de todo programa de
melhoramento genético é uma adequada variabilidade genética e a avaliação de acessos divergentes com
características desejáveis tais como: alta produtividade de sementes; alta taxa de flor feminina em relação
à flor masculina, porte reduzido, resistência a pragas
e doenças, uniformidade e precocidade de maturação,
resistência/tolerância à seca, e, principalmente, alto
teor e melhoramento das propriedades químicas e
físicas do óleo. Por isso é muito importante o levantamento de informações quanto à diversidade do
germoplasma disponível para o estabelecimento de
coleções com variação genética representativa do
gênero Jatropha.
O verdadeiro centro de origem/diversidade da
espécie ainda é desconhecido. Vários autores têm
apontado o México e América Central como possíveis
centros de origem, o que poderia ser comprovado
cientificamente através de ferramentas moleculares.
Germoplasmas selvagens do gênero Jatropha são encontrados nas Américas, África e Sul da Ásia. O
gênero inclui cerca de 175 espécies com variações
significativas em relação à resistência/tolerância a
pragas e doenças, ao perfil dos ácidos graxos presen-
tes no óleo, ao padrão de florescimento e frutificação.
Mundialmente, o germoplasma disponível carece de
informações quanto à base genética, e apresenta produção variável, alta vulnerabilidade a pragas e doenças e baixa diversidade genética. Poucas variedades
têm sido selecionadas em diferentes países: a variedade Cabo Verde, que segundo alguns autores, foi distribuída por todo o mundo; a variedade Nicarágua,
com poucos porém grandes frutos e a variedade mexicana não tóxica desprovida de ésteres de forbol cujo
óleo pode ser usado para consumo humano e a torta,
rica em proteínas, para a ração animal.
O melhoramento genético de Jatropha tem como
opções a utilização do método convencional aproveitando-se a variabilidade pré-existente ou a geração de
variabilidade através de 1) hibridações inter-específicas; 2) indução de mutações; 3) variação somaclonal;
4) transformação genética.
O uso da variabilidade genética pré-existente
está vinculado ao estudo da extensão desta variabilidade no germoplasma disponível utilizando-se
marcadores morfológicos e moleculares tais como
RAPD, AFLP, ISSR, SSRs e SCAR (BASHA & SUJATHA,
2007; R ANADA et al., 2008) e concomitante caracterização fitoquímica do óleo e da torta. A maioria dos
estudos de avaliação de germoplasma tem sido realizada utilizando materiais coletados de árvores de
diferentes regiões, idades e modo de propagação
(sementes e estacas). Comparações de características relacionadas à produtividade destes acessos
geram conclusões errôneas em relação à superioridade dos materiais identificados, pois são características altamente influenciadas pelo ambiente. Por
isso, as avaliações da variabilidade entre acessos de
diferentes procedências devem ser realizadas em
germoplasma submetido às mesmas práticas agronômicas e a condições edafo-climáticas similares.
Posteriormente, a superioridade dos acessos identificados pode ser confirmada através de ensaios de
validação em diferentes localidades. Após seleção
de plantas elites, estão poderão ser propagadas em
escala comercial com auxílio de técnicas de cultura
de tecidos associada à biorreatores visando à rápida
disponibilização de mudas uniformes, com qualidade genética e fitossanitária.
Para acelerar o trabalho de produção de novas
variedades é necessário o aumento da variabilidade
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genética existente com busca de genes valiosos em
espécies selvagens de Jatropha e em espécies distantes,
relacionadas ou não com o pinhão manso. Muitos
genes de interesse ao melhoramento como os de resistência a pragas e doenças ou os genes relacionados ao
metabolismo dos ácidos graxos, não estão disponíveis,
devido às barreiras interespecíficas. Barreiras deste
tipo podem ser rompidas com o auxílio de técnicas
como o resgate de embriões, associadas a séries de
retrocruzamentos planejados. No entanto, esta estratégia, além de demorada e cara, está limitada a algumas
espécies selvagens. Outras ferramentas biotecnológicas
podem ser desenvolvidas e integradas a programas de
melhoramento do pinhão manso, destacando-se a
obtenção de variantes somaclonais, mutação in vitro e
a transformação genética. A exploração da variabilidade gerada por cultivo in vitro (variação somaclonal) e
a indução de mutação ex vitro ou in vitro através do uso
de mutagênicos físicos (raios gama e UV) ou químicos
pode induzir alterações morfológicas em vários
caracteres, melhorando assim a arquitetura da planta
(SAKAGUCHI & SOMABHI, 1987).
A transformação genética tem grande potencial,
por tornar factível a introdução de genes de espécies
afins ou mesmo espécies, gêneros, famílias mais distintas e genes de origem não vegetal. No entanto, o uso
desta tecnologia exige um eficiente protocolo de regeneração in vitro, o que tem sido desenvolvido para J.
curcas e outras espécies do gênero (SUJATHA & D HINGRA,
1993; S UJATHA & MUKTA, 1996; S UJATHA & R EDDY, 2000;
SUJATHA et al., 2005; JHA et al., 2007; DEORE & JOHNSON,
2008; MARQUES et al., 2008).
Através da engenharia genética é possível a transferência de genes relacionados ao aumento da resistência a estresse abióticos, como o gene JcERF, o
silenciamento do(s) gene(s) envolvidos no produção
do diterpeno tóxico (forbol) resultando em cultivares
atóxicos e dos genes delta-9 ou 12 desaturase, proporcionando acúmulo dos ácidos esteárico e oléico, respectivamente.
Nossas pesquisas têm focado principalmente o
aumento do teor e qualidade do óleo e diminuição ou
remoção completa do terpeno tóxico. A toxidez do
pinhão manso está relacionada à presença de fatores
antinutricionais tais como a curcina (uma proteína
inativadora de ribossomos que age como irritante da
mucosa gastrointestinal e tem ação hemaglutinante);
inibidores de tripsina (enzima necessária à boa digestão das proteínas); fitatos (classe de compostos de
ocorrência natural formados durante o processo de
maturação de sementes e grãos) e os ésteres de forbol.
Os fitatos reduzem a biodisponibilidade no organismo de minerais como: cálcio, ferro, magnésio,
manganês, cobre e zinco, principalmente. No entanto,
a partir da década de 90, inúmeros estudos científicos
internacionais têm mostrado que estes compostos
também atuam como potentes agentes antioxidantes.
Com exceção dos ésteres de forbol, os demais agentes
antinutricionais citados são destruídos pelo calor
durante o processo de extração do óleo.
Os ésteres de forbol são os principais componentes tóxicos presentes no pinhão manso. São derivados
de diterpenos tetracíclicos, restritos às famílias
Euphorbiaceae e Thymelaceae. Possuem atividades promotoras de tumor e inflamatórias. Os mecanismos
moleculares que regem a atividade promotora de
tumor dos ésteres de forbol são diferentes dos mecanismos que desencadeiam a atividade inflamatória.
A atividade promotora de tumor parece estar associada à habilidade que os ésteres de forbol apresentam
de substituir o diacilglicerol na ativação da proteína
quinase C, e também devido à capacidade de estimular a síntese de proteínas, de RNA e de DNA, comportando-se como agentes mitogênicos e estimulando o
crescimento celular, mesmo em doses muito baixas. Já
a atividade inflamatória dos ésteres de forbol está
relacionada à mobilização dos fosfolipídeos, liberação do ácido araquidônico causando a secreção de
prostaglandinas, o que leva a uma resposta inflamatória dos tecidos. O efeito da exposição aguda da pele
de humanos a estas plantas tóxicas leva à inflamação,
e os sintomas pré-inflamatórios são dor e necrose do
tecido epitelial. Tumores só se desenvolvem após uma
exposição crônica às plantas. Este fenômeno tem sido
demonstrado apenas na pele de camundongos. Quando partes das plantas são ingeridas, os sintomas são
ardência nos lábios, língua e mucosas orais, seguidos
de dores intestinais, vômitos e diarréias severas. O
contato com os olhos pode causar conjuntivites e
edema (EVANS & EDWARDS, 1987).
MAKKAR et al. (1998) trabalhando com variedades
tóxicas e não tóxicas de J. curcas, isolaram lectinas,
inibidores de tripsina, fitatos e ésteres de forbol das
sementes. Observaram que os níveis de lectinas, de
fitatos e de inibidores de tripsina são similares para
ambas as variedades, mas os níveis de ésteres de
forbol diferem drasticamente entre elas. Concluiram
que os ésteres de forbol são responsáveis pelos efeitos
nocivos que as variedades tóxicas provocam nos
seres humanos.
Como suporte aos trabalhos que vem sendo realizados pelo IAC voltados para a seleção de variedades
altamente produtivas, ricas em óleo e não tóxicas, o
ITAL vem se integrando à equipe para o desenvolvimento de metodologia eficiente para a dosagem do
teor dos ésteres de forbol, bem como para caracterização quantitativa, física e química do óleo nas sementes das plantas elites selecionadas.
Análises preliminares do óleo contido nas plantas
amostradas apresentaram como características: índice de iodo entre 93 e 107 e índice de saponificação
entre 192 e 193. Os resultados obtidos, até o momento,
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indicam que as amostras apresentam em sua composição principalmente os ácidos: oléico (C 18:1) (32 –
44%); linoleico (C 18:2) (34 – 49%) e palmítico (C 16:0)
(12 -14%), com variação do teor entre as amostras.
Observa-se que esta variação não tem influência sobre
o índice de saponificação, o qual está relacionado com
o peso molecular médio dos ácidos graxos. No entanto, afetam o índice de iodo, que está relacionado com
o grau de insaturação dos ácidos graxos e,
consequentemente, com a estabilidade oxidativa dos
óleos e do biodiesel a ser produzido com esta matériaprima. Neste aspecto, as amostras que apresentam
menor índice de iodo terão, provavelmente, maior
estabilidade oxidativa.
Diante da necessidade do desenvolvimento de
cultivares superiores para que J. curcas seja definitivamente considerada como fonte de matéria prima promissora para a produção de biodiesel, consideramos
a importância da integração das novas biotecnologias,
que aliadas ao programa de melhoramento convencional poderão nos auxiliar no desenvolvimento de
cultivares superiores a médio prazo. Ressalta-se também que a união de esforços multidisciplinares é
essencial para a conquista de resultados positivos em
nossas pesquisas, já que o pinhão é uma planta ainda
pouco conhecida sob diversos aspectos.
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