NOVAS ALTERNATIVAS PARA GERMOPLASMA FORRAGEIRO - LEGUMINOSAS
(NEW ALTERNATIVES TO FORAGE LEGUME GERMOPLASM)

Paulo Bardauil Alcântara
Keila Maria Roncato Duarte
Waldssimiler Teixeira de Mattos

1. INTRODUÇÃO

No Brasil, na década de 70, a introdução, avaliação e seleção de germoplasmas baseavam-se no processo de coleta de espécies nativas e exóticas presentes na natureza. Porém, com o decorrer dos anos tornou-se um processo lento e de alto custo para a sociedade científica.

Atualmente, um novo conceito sobre melhoramento genético de plantas forrageiras vem sendo consolidado – o processo de desenvolvimento de cultivares. Esse processo é uma das atividades mais relevantes da pesquisa agropecuária brasileira, apresentando grandes retornos sociais e econômicos para os clientes dos segmentos público e privado atuantes no setor (CASTRO et al, 2002).

Não podemos prever as surpresas que os próximos anos nos trarão, inclusive pela inesperada rapidez com que ocorrem, mas a aprovação das novas legislações de proteção à propriedade intelectual (lei de patentes e proteção de cultivares) e os avanços nas técnicas de melhoramento genético utilizando tecnologia de ponta permitirão uma maior eficiência na produção animal.

Recentemente Brasília sediou o Workshop Internacional sobre Desenvolvimento da Agricultura Tropical. Neste evento levantou-se a questão do esquentamento global provocado pelo efeito estufa. De fato houve um aumento médio de 1ºC na temperatura da Terra o que levou ao avanço de 110 km para o norte e para o sul do equador aumentando a área tropical do planeta. Com isso tem-se também uma extensão maior de desertos. O prognóstico é que os trópicos, cada vez mais presentes na geografia do globo, serão os grandes responsáveis pela produção agrícola para o mundo. Dessa maneira urge um programa que contemple novas tecnologias visando o aumento significativo da produtividade nas várias cadeias do agronegócio.

Neste aspecto segundo REIS VELLOSO (2006) o Brasil possui um trunfo único no mundo que é o de ampliar a fronteira agrícola sem se utilizar do desmatamento e assim sem avançar sobre a Amazônia. Cerca de 90 milhões de hectares podem ainda ser incorporados à área produtiva, o que corresponde a 1,5 vezes o que já temos sob cultivo.

Segundo o mesmo autor, há que se vencer três obstáculos: a logística, a precariedade dos corredores de exportação e os constantes cortes na área de desenvolvimento tecnológico.

Muito embora a adoção de leguminosas em pastagens ainda seja tímida, testemunhamos atualmente um crescente interesse da iniciativa privada pelas leguminosas. Tal interesse iniciou-se nas empresas sementeiras principalmente naquelas com maior visão de futuro e maior conhecimento técnico e vem se alastrando como uma onda positiva dentre os pecuaristas que procuram um produto diferenciado através de pastagens de melhor qualidade.

Várias são as causas apontadas para a baixa adoção das leguminosas: a) falta de percepção dos benefícios causados por essas plantas; b) falhas de tecnologia (cultivares inadequados, manejo errado, falha no plantio e estabelecimento, etc.); c) fatores sócio-econômicos (tecnologia requerida é mais cara, tradição, regime pluviométrico muito variável, etc.); d) falhas no enfoque (lançamento errados, falta de sementes, falta de parcerias efetivas entre o público e o privado, falta de um programa sólido para produção de sementes, preços irreais).

Paralelamente, a essas razões que motivam a baixa adoção de leguminosas, há outras que inauguram uma história futura de sucesso nos anos vindouros.

As dificuldades para promover o uso de leguminosas e conseqüentemente as baixa taxas de adoção das mesmas como plantas forrageiras tem sido a grande preocupação das instituições de P, D&I. É necessário aumentar o interesse por essas espécies demonstrando de maneira explícita seus benefícios para que não retrocedam os interesses dos órgãos financiadores de pesquisa e da iniciativa privada. (SHELTON et al., 2005).

Esses autores apontam como fatores de sucesso no uso de leguminosas os seguintes: a) a tecnologia atende às necessidades dos pecuaristas embora elas variem de um para outro; b) tecnologia adaptada às situações sócio-econômicas e ao nível do produtor; c) parcerias efetivas e de longo prazo entre órgãos oficiais e a iniciativa privada (SHELTON et al, 2005).

Independentemente das ações sempre positivas das instituições de pesquisa, é necessário agregar-se ao programa um intenso trabalho de difusão e transferência dessas novas tecnologias para que a adoção das leguminosas saia da timidez exagerada e alcance seu devido lugar na produção da carne verde.

São cada vez mais raros os lançamentos de cultivares de forrageiras oriundos de ecótipos coletados na natureza. Isto decorre de inúmeras causas dentre as quais podem ser listadas o alto custo das expedições de coleta, a falta de intercâmbio de material genético entre os órgãos de pesquisa devido à lei de proteção de cultivares, a erosão genética, a destruição dos ecossistemas e dos nichos ecológicos, a contaminação genética e o eminente esgotamento dos acessos existentes nos bancos de germoplasma.

Há ainda muitos acessos depositados em bancos de germoplasma sem a adequada avaliação principalmente pela falta de recursos ou de prioridades.

Com a crescente demanda pela busca de plantas mais produtivas, tolerantes a estresses biológicos, de alto valor nutritivo, com aceitabilidade, de alta persistência, etc. é de se esperar que programas permanentes de melhoramento e avaliação sejam implantados no país.

Várias metodologias vem sendo aplicadas às leguminosas. Algumas delas já tradicionalmente usadas, outras bem mais recentes surgem como possível solução para os problemas de maneira mais rápida. 1) Avaliação de ecótipos; 2) Melhoramento clássico; 3) Melhoramento assistido por marcadores moleculares e 4) Transgenia.

2. AVALIAÇÃO E SELEÇÃO DE ECÓTIPOS

As etapas principais de um programa de seleção e melhoramento de forrageiras utilizadas pelo Instituto de Zootecnia são: I) Banco de Germoplasma (Identificação, fenologia); II) Avaliação agronômica e fisiológica (Ensaio de competição, cortes); III) avaliação de grandes parcelas sob pastejo (Palatabilidade, persistência); IV) Atividades correlatas, caracterização molecular e produção e tecnologia de sementes; V) Ensaio com desempenho animal; VI) Liberação do cultivar (Figura 1)

Figura 1. Fluxograma de avaliação de cultivares no Instituto de Zootecnia.

Segundo DALL’AGNOL & SCHEFF-BASSO (2004) tais fases são conceitualmente comuns na maioria dos programas de melhoramento genético nos trópicos, porém algumas das etapas têm sido omitidas. Com a intenção de se expor os materiais o mais rapidamente possível para os produtores, muitas avaliações vêm sendo realizadas ao nível de fazendas. Para esses autores, algumas considerações devem ser feitas acerca da metodologia de avaliação do germoplasma de leguminosas tropicais, no sentido de aperfeiçoar tal processo, principalmente ao nível da caracterização e avaliação preliminar. Algumas sugestões incluem: a) identificação precoce de duplicatas genéticas, b) determinação do sistema de fecundação e otimização do manejo de populações alógamas, c) determinação da herdabilidade para os principais descritores, d) diagnóstico ilustrado das principais doenças, e) determinação rápida dos efeitos da melhoria do solo sobre as plantas.

A utilização de métodos clássicos como a introdução, seleção fenotípica e seleção genotípica ainda contribuirão bastante para os avanços no melhoramento genético, quando agregadas com as novas técnicas biotecnológicas. Assim, o sucesso futuro do melhoramento dependerá da utilização integrada das técnicas biotecnológicas com métodos convencionais de melhoramento, necessitando, dessa forma, de uma estreita colaboração entre geneticista molecular e melhorista (PEREIRA, 2002).

3. HIBRIDAÇÃO

O processo de hibridação é uma das etapas mais importantes no melhoramento genético de uma espécie vegetal.

A hibridação é essencial para o desenvolvimento de novas variedades, uma vez que de cruzamentos de parentais geneticamente distintos são desenvolvidas populações com variabilidade genética, para aplicação de métodos apropriados de avaliação e seleção de características superiores.

Com objetivos preestabelecidos, são realizadas hibridações para criar germoplasma diverso e fazer frente aos problemas reais ou potenciais da cultura. Um cultivar altamente produtivo e estável representa uma combinação bem balanceada de genes, interagindo com o ambiente em que é cultivado. As hibridações são feitas na forma de cruzamentos simples, duplos ou múltiplos e servem para recombinar a variabilidade genética intra-específica ou para aumentar essa variabilidade, pela introgressão de genes em cruzamentos interespecíficos (PINTO, 2001).

Método Clássico

Os métodos clássicos como a introdução, seleção fenotípica e seleção genotípica ainda são bastante utilizados nos avanços do melhoramento genético, principalmente, quando agregadas com novas técnicas (Figura 2).

Figura 2. “Fontes” de novos cultivares.

Método Clássico assistido por marcadores moleculares

As etapas fundamentais de um programa de melhoramento de plantas são: obtenção da variabilidade genética; seleção de indivíduos superiores; e avaliação de materiais genéticos promissores para lançamento comercial.

Apesar de ganhos genéticos significativos terem sido obtidos na seleção de características de interesse na maioria das espécies de importância agronômica, a expectativa de progresso genético e obtenção de indivíduos ainda melhores permanecem. Por esta razão, os melhoristas de plantas têm buscado formas de continuar obtendo ganhos genéticos, tornando mais eficiente cada uma das etapas do programa. A essência deste progresso está em o quanto o fenótipo de um indivíduo expressa o seu genótipo. Por isso que o uso de marcadores moleculares pode auxiliar o melhoramento de plantas, pois possibilita acessar diretamente o genótipo de um indivíduo.

Assim, entre as principais aplicações de marcadores de DNA em programas de melhoramento de plantas estão: o monitoramento e organização da variabilidade genética e a seleção assistida por marcadores moleculares. Os marcadores moleculares terão grande impacto e utilização em algumas situações, mas não em todas. Assim, cabe aos melhoristas junto com os especialistas na área molecular decidirem caso a caso se devem ou não utilizar esta tecnologia. O difícil e nem sempre claro é responder “quando, em que situações, utilizar marcadores moleculares”.

Em termos de variabilidade genética, marcadores moleculares permitem: compreender e organizar a variabilidade genética de um programa de melhoramento de forma única, isto é, acessando variabilidade de DNA, que não é influenciado pelo ambiente como são, por exemplo, os caracteres morfológicos e fenotípicos em geral de uma planta. A primeira conseqüência disto é a possibilidade de planejar os cruzamentos de um programa de forma a maximizar as diferenças genéticas entre genótipos elites, diferenças essas que muitas vezes não podem ser observadas em nível de fenótipo. A segunda é a possibilidade de organizar o germoplasma do programa em pools gênicos (grupos de genótipos com características comuns dentro de uma espécie), facilitando a escolha e diminuindo o número de combinações a serem feitas pelo melhorista (YAMAME, 2002).

O que melhorar?

Os programa de melhoramento de leguminosas forrageiras tropicais deve ser direcionado para a seleção de novos materiais que possam aumentar a qualidade e a produtividade da forragem produzida e a eficiência da produção animal levando-se em consideração o ambiente.

Os gêneros de leguminosas arbóreas e arbustivas que vêm sendo estudados no Brasil são Cajanus, Leucaena, Sesbania e a Cratylia. Quanto aos gêneros herbáceos podem ser citados o Arachis, Calopogonium, Centrosema, Macroptilium, Galactia, Stylosanthes e a Neonotonia.

As características de maior interesse no processo de seleção das leguminosas são: qualidade, produção de sementes, resistência a pragas e doenças, fixação de nitrogênio, persistência e tolerância á seca e ao frio.

A busca por melhorias na qualidade das leguminosas forrageiras tem sido considerada como um dos objetivos do melhoramento genético. No caso das leguminosas arbóreas e arbustivas pesquisas tem sido conduzidas para seleção de espécies de leguminosas que possuam menos fatores antiqualitativos e praticamente livres de substâncias estrogênicas. Por outro lado, quando o assunto é a consorciação entre gramíneas e leguminosas herbáceas estudos vem sendo conduzidos para a seleção de espécies de leguminosas que tenham aceitabilidade menor em relação à gramínea associada, visando sua maior persistência durante a estação chuvosa e, por outro lado, sendo bem aceita pelos animais na época crítica (período de escassez de forragem).

Outra característica das leguminosas que concorre para assegurar sua persistência em pastagens é a produção adequada de sementes viáveis, de modo a manter uma reserva das mesmas no solo. A germinação de uma proporção dessas sementes a cada estação de crescimento concorre para manter a população de plantas em nível desejável e a estabilidade da pastagem, sendo importante mencionar a viabilidade econômica de sua implantação, no sentido de baratear o custo.

Alguns gêneros de leguminosas como o Cajanus vem sendo alvo de estudo de melhoramento genético pelo Instituto de Zootecnia em parceria com o Instituto Agronômico de Campinas no sentido de obter cultivares com porte menor, arquitetura mais ereta e com ramos que se verguem e não quebrem, com boa produção de massa foliar e, principalmente de sementes. E também está sendo dada preferência à seleção por plantas mais precoces ou mais tardias quanto à produção de sementes.
 

4. TRANSGENIA

As técnicas de transformação genética podem ser consideradas a continuação de uma longa lista de métodos tradicionais de melhoramento, como a indução de mutações, a hibridização entre espécies e gêneros, a duplicação de cromossomos, a cultura de células e tecidos in vitro e a fusão de células somáticas. A modificação de bactérias, animais e plantas com essas novas técnicas, superando as barreiras naturais, vem gerando muita polêmica. Entretanto, por sua novidade, a transgenia tem causado preocupações e transformações, sejam de caráter científico, social, econômico ou cultural. Assim, a controvérsia provocada pelas novas técnicas da biotecnologia, em especial o uso de organismos transgênicos ou de organismos geneticamente modificados (OGMs), deve ser considerada uma mudança na percepção pública sobre a ciência e sobre as conseqüências das suas aplicações tecnológicas (http://cienciahoje.uol.com.br).

Atualmente técnicas de transgenia são capazes de eliminar, inserir e transferir genes permitindo a construção de diversos tipos de organismos com o genoma modificado, como, por exemplo, bactérias e até animais capazes de produzir certas proteínas de interesse para a saúde humana (como a insulina e hormônios de crescimento), camundongos e outros animais de laboratório sem determinados genes ou com genes alterados (destinados a pesquisas de vários tipos), e uma ampla variedade de plantas com características especiais, como resistência ao ataque de pragas e doenças, tolerância a diversos estresses ambientais (seca, frio, salinidade etc.), maiores teores de aminoácidos essenciais, de vitaminas e de compostos com ação farmacológica, além de alterações na coloração, no sabor ou em aspectos físicos e químicos dos alimentos (VIEIRA, 2004).

Apesar das grandes discussões em torno dos OGMs, as plantas geneticamente modificadas representam hoje um caminho promissor para o melhoramento vegetal. Inúmeros exemplos de estratégias de transferência de genes conferiram, com sucesso, resistência a herbicidas, vírus, fungos, bactérias e insetos ou produziram um aumento na qualidade dos alimentos. Além das aplicações biotecnológicas, as plantas transgênicas têm contribuído significativamente para o estudo do funcionamento dos genes, tais como a análise da regulação da expressão gênica e o estudo das funções das proteínas codificadas pelos diferentes genes da planta (PINHEIRO et al., 2000).

Independentemente do método de transformação utilizado, a primeira etapa para se obter a planta modificada requer a disponibilidade do gene que codifica a característica a ser introduzida no vegetal, assim como a porção reguladora do gene ou promotor, o qual irá determinar os tecidos e as fases do desenvolvimento nos quais o gene será expresso. Dessa maneira, é possível construir genes quiméricos, que contêm promotores diferentes daqueles dos genes originais. Na maioria das plantas transgênicas já obtidas e comercializadas, a característica de interesse é expressa em todos os tecidos, não importa a fase de desenvolvimento em que se encontra o vegetal, graças à utilização de um promotor do vírus do mosaico da couve-flor, o 35S do CaMV. Além do gene de interesse sob o controle de um promotor, o fragmento a ser transferido (construção ou cassete para transformação) deve conter também um gene de seleção ou marcador. Esse gene irá conferir à planta resistência a um antibiótico ou herbicida, de maneira que somente aquelas que efetivamente receberam o cassete de transformação crescerão em um meio que contém os agentes seletivos específicos.

Grande número de plantas transgênicas têm sido gerado e submetido a testes de campo em muitos países. Todas essas plantas contêm um gene marcador, que tem sido fonte de muitos questionamentos sobre a segurança — para o ambiente e para o consumidor — das plantas geneticamente modificadas. Recentemente, foram descritas algumas técnicas que visam a retirar o gene marcador, como, por exemplo, a utilização de vetores contendo dois T-DNAs separados para a co-transformação via A. tumefaciens e segregação dos transformantes livres dos marcadores (KOMARIT et al., 1996). No entanto, essas técnicas ainda não foram utilizadas em aplicações comerciais. É preciso ressaltar que elas não podem ser aplicadas para as lenhosas, para as plantas propagadas vegetativamente ou para aquelas estéreis, pois o cruzamento sexual é essencial para segregar o gene marcador seletivo e o gene de interesse.

Sob condições especiais de cultivo, cada célula transformada poderá ser regenerada em uma planta completa, dando origem a uma linhagem transgênica. Cada linhagem conterá uma ou mais inserções em seu genoma. Esse processo de integração é aleatório, ou seja, cada linhagem terá o transgene integrado em diferentes loci. Isto poderá resultar em uma diversidade no nível de expressão gênica entre as diferentes linhagens. Por isso, diversas análises genéticas, bioquímicas e moleculares devem ser realizadas, antes que uma planta seja liberada para testes em casas de vegetação ou em campo. Essas análises visam confirmar a integração e a expressão do gene, além de selecionar as plantas que não apresentam nenhum tipo de alteração além daquela desejada (SANTARÉM, 2003).

Métodos Diretos: Os métodos de transferência direta de genes utilizam processos físicos ou químicos que causam modificações nas paredes e membranas celulares, facilitando a introdução de DNA exógeno.

Eletroporação de Protoplastos

Protoplastos são definidos como células desprovidas de paredes celulares (EVANS, 1991). Para a introdução de DNA usando a eletroporação, os protoplastos são expostos a pulsos curtos de corrente contínua e alta voltagem, em presença do DNA exógeno. Esse tratamento induz uma alteração reversível da permeabilidade da membrana plasmática e poros temporários são formados, permitindo a entrada do DNA nas células.

Bombardeamento de Partículas

Esse método consiste na aceleração de micropartículas de metal (principalmente ouro coloidal), que atravessam a parede celular e a membrana plasmática, carreando DNA para o interior da célula. O termo bombardeamento de partículas pode ser substituído por aceleração de microprojéteis ou método biobalístico. O método baseia-se no uso de um equipamento que produz uma força propulsora, usando pólvora, gás ou eletricidade, para acelerar micropartículas inertes, cobertas com DNA, em direção às células alvo. Após o bombardeamento, uma proporção de células atingidas permanece viável; o DNA é integrado no genoma vegetal e incorporado aos processos celulares de transcrição e tradução, resultando na expressão estável do gene introduzido (FINER et al., 1996). A maioria dos modelos biobalístico atuais emprega macroprojéteis, usados como veículo para aceleração dos microprojéteis colocados na sua superfície. O uso do processo biobalístico é bastante amplo e, quando comparado com a maioria dos métodos diretos de introdução de DNA em plantas, o bombardeamento de partículas apresenta várias vantagens. É uma técnica altamente versátil e de fácil adaptação, podendo ser aplicada a grande variedade de células e tecidos, incluindo suspensões (FROMM et al., 1990), calos (VASIL et al.,1985), tecidos meristemáticos (MCCABE & MARTINELLI, 1993), embriões imaturos (SOUTHGATE et al.,1998) e embriões somáticos (SANTARÉM & FERREIRA, 1997). Essa técnica tem permitido a regeneração de plantas transgênicas de maneira reproduzível e com menos variabilidade entre experimentos (LUTHRA et al., 1997).

MÉTODO INDIRETO

Agrobacterium

Agrobacterium é uma bactéria de solo, Gram-negativa , aeróbica, pertencente à Família Rhizobiaceae (ZAMBRISKY, 1988). Sua importância para os estudos de transformação de plantas reside na capacidade natural que esses patógenos possuem de introduzir DNA em plantas hospedeiras. Esse DNA é integrado e passa a ser expresso como parte do genoma da planta. Como conseqüência dessa expressão, o padrão normal de desenvolvimento é alterado: A. tumefaciens causa a formação de tumores, ao passo que a infecção por A. rhizogenes resulta na proliferação de raízes (Lipp-Nissinen, 1993).

Os métodos baseados na bactéria Agrobacterium tumefaciens são os mais eficientes para transformar dicotiledôneas (GELVIN, 1998). Essa bactéria é encontrada no solo e tem como mecanismo de infecção a transferência de um fragmento de DNA do seu genoma para a célula vegetal. Uma vez introduzido no genoma vegetal, esse fragmento de DNA bacteriano (T-DNA ou DNA de transferência) passa a dirigir a síntese de hormônios de crescimento. Forma-se um tumor no local de infecção. Utilizando-se a tecnologia do DNA recombinante, é possível manipular o T-DNA e substituir os genes produtores de tumor por outro gene de interesse. Dessa maneira, a infecção resultará na expressão da característica de interesse, e o tumor não será produzido. A inoculação de células ou pequenos fragmentos de tecidos vegetais com a bactéria, contendo o T-DNA modificado, permitirá que essa célula transformada seja regenerada em uma planta completa, graças ao fenômeno de totipotência. O desenvolvimento de protocolos de regeneração é, portanto, indispensável para a manipulação genética de plantas.

4.1. Aplicações no Melhoramento de Leguminosas

Resistência a Herbicidas

A resistência a herbicidas é uma característica de grande interesse agronômico por causa do uso intensivo desses compostos na agricultura. A produção de plantas capazes de tolerar a exposição a herbicidas pode ser obtida pela introdução de genes que codificam enzimas capazes de degradar ou detoxificar o herbicida em questão. Dependendo do modo de ação do herbicida, outras estratégias podem ser utilizadas. Alguns herbicidas atuam de modo a inativar enzimas vitais do metabolismo vegetal. Nesse caso, é possível produzir plantas que superexpressem a enzima-alvo ou, alternativamente, expressem uma versão alterada desta, de forma a tornar a planta insensível ao herbicida (FREYSSINET & DEROSE, 1994).

A soja Roundup Ready da multinacional Monsanto é o exemplo mais famoso de modificação genética feita para aumentar a resistência a um herbicida. Nesse caso, foi utilizada a estratégia que visa a expressão de um gene modificado, de modo a produzir uma enzima-alvo insensível ao herbicida glifosato, o qual age como inibidor específico da enzima enolpiruvil-shiquimato-3-fosfatase-sintase (EPSP), que participa da síntese de aminoácidos aromáticos, essenciais às plantas.

Resistência a Pragas e doenças

A produção de plantas resistentes a pragas e doenças é uma prioridade dos programas de melhoramento. Várias estratégias têm sido empregadas, tendo em vista obter plantas transgênicas mais tolerantes a diferentes agentes agressores.

Um dos exemplos mais conhecidos são as plantas transgênicas que expressam a toxina produzida pelo Bacillus thuringiensis. O B. thuringiensis é uma bactéria gram-positiva que existe no solo, na superfície das plantas e na poeira dos grãos estocados. Durante a esporulação, essa espécie de Bacillus produz cristais paraesporais que consistem de uma ou mais (-endotoxina ou proteína cristal (Cry) de aproximadamente 130kDa. Após a ingestão dessa toxina pelo inseto, os cristais dissolvem-se no ambiente alcalino do intestino deste e liberam as protoxinas, que são subseqüentemente processadas pelas enzimas digestivas, produzindo a toxina ativa. Essa toxina se liga a receptores na membrana das células do epitélio digestivo e insere-se nessas membranas, formando poros que resultam na morte das células epiteliais e, eventualmente, do próprio inseto, por lise osmótica coloidal (KNOWLES & DOW, 1993). Já foram obtidas diversas espécies vegetais que expressam a toxina Bt e são resistentes a insetos, podendo ser citados o fumo, o tomate, o algodão, a batata e o arroz.

Outra estratégia para obter plantas resistentes a insetos consiste na superexpressão de proteínas inibidoras de enzimas digestivas. A introdução do gene do inibidor de tripsina de caupi (Vigna unguiculata) em tabaco promoveu proteção contra a praga Heliothis virescens, que ataca o milho e o algodão. Outro exemplo consiste na produção de ervilhas cujas sementes expressam o gene de um inibidor de -amilase. Essa estratégia resultou em sementes resistentes a carunchos, insetos da família Bruchidae (SHADE et al, 1994).

Na maioria das vezes, as estratégias para produzir plantas transgênicas resistentes a fungos baseiam-se em genes vegetais cujos produtos são capazes de inibir diretamente o crescimento de fungos, como, por exemplo, as quitinases, as glucanases, a osmotina, as lectinas e as tioninas (CORNELISSEN & MELCHERS, 1993).

Considerável é o número de culturas transgênicas produzidas visando desenvolver resistência à infecção por vírus vegetais (HADIDI et al, 1998). Foram empregadas diferentes estratégias que, na sua maioria, utilizam seqüências nucleotídicas e a expressão de proteínas do próprio vírus. Para o vírus do enrolamento das folhas da batata (PLRV, Potato LeafRoll Virus), dos anéis necróticos do mamoeiro (PRSV, Papaya RingSpot Virus), entre muitos outros, a superexpressão da proteína da capa do vírus conferiu resistência a variedades transgênicas (GONSALVES & SLIGHTOM, 1993).

Tolerância a Alumínio

A produção agrícola em solos ácidos, que constituem quase a metade do total da superfície arável da Terra, tem como principal limitação a toxidez por Alumínio (Al⁺³), que se manifesta na redução do crescimento radicular, impedindo a absorção de nutrientes e água do solo. Estes solos estão localizados principalmente no Sudeste Asiático, na América Latina e na região próxima ao Saara na África. Coincidindo com a localização de áreas em que a utilização de insumos agrícolas, como a aplicação de calagem para a neutralização do solo e, conseqüente insolubilização de Al⁺³, é restrita. O uso de variedades tolerantes ao Al⁺³ restaura a capacidade produtiva de regiões de solos ácidos com altos teores de Al⁺³. Estudos recentes mostraram que a introdução de determinados genes promoveu aumento moderado a elevado na tolerância ao Al⁺³ em mono e dicotiledôneas susceptíveis.

A toxidez por Al⁺³ é a principal limitação para a produção em 37,9% das pastagens do Sudeste da Ásia, 30,9% da América Latina e aproximadamente 20% da Ásia Oriental, da África Sub-Saara e da América do Norte (WOOD et al., 2000). As forragens mais utilizadas nestas regiões são gramíneas do gênero Brachiaria, principalmente Brachiaria brizantha (C. Hochstetter ex A. Rich.) R. Webster, consorciada com leguminosas forrageiras de maior valor nutricional, como soja perene (Neonotonia wightii (Wight & Arn.) Lackey, leucena (Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit), estilosantes (Stylosanthes guianensis (Aubl.) Sw.).

A tolerância a Al⁺³ em leguminosas forrageiras é relativamente menor, atingindo níveis semelhantes aos de cultivares comerciais de Medicago sativa (TESFAYE et al., 2001). Entretanto, a variabilidade presente no germoplasma para o caráter, sua natureza genética e os mecanismos envolvidos permanecem desconhecidos.

A introdução de genes exógenos ou o aumento na expressão de genes endógenos promove aumentos significativos na tolerância à presença de altas concentrações de Al⁺³ solúvel no solo para diversas culturas (DE LA FUENTE et al., 1997; DELHAIZE ET AL., 2001; TESFAYE et al., 2001; DELHAIZE et al., 2004). O emprego destas técnicas pode avançar significativamente programas de melhoramento de espécies selvagens ou pouco melhoradas, disponibilizar mais rapidamente e com menor custo o material melhorado e introduzir maior variabilidade genética do caráter no germoplasma (QUECINI, 2006).

Resistência ao frio e à seca

A resistência ao frio e à seca visa introduzir genes de plantas resistentes em plantas de interesse comercial. Alguns exemplos podem ser:

Em regiões áridas, as plantas são caracteristicamente espinhosas, mais resinosas ou mais tóxicas, uma vez que estão expostas aos predadores em condições de grande procura. Adaptações morfológicas a diferentes climas são conhecidas como aumento na quantidade de água armazenada nos tecidos ou grossas de cera para reduzir a perda de água.

Adaptações bioquímicas também são conhecidas. Para reduzir a perda de umidade, as plantas fecham seus estômatos (aberturas na epiderme de folhas e caule, através das quais se efetuam as trocas gasosas necessárias à vida das plantas). O fechamento ou abertura de estômatos obedece a um controle hormonal efetuado pelo ácido abscísico, uma substância sesquiterpenóide comum em plantas. Plantas tropicais, como a cana-de-açúcar, por exemplo, são capazes de resistir ao clima quente e manter-se produtivas graças a uma modificação no seu mecanismo fotossintético: o gás carbônico, que seria perdido por fotorrespiração na superfície da folha, é coletado e trazido de volta ao interior do cloroplasto, onde se processa a fotossíntese, para ser convertido em sacarose. Plantas desse tipo têm células mesofílicas especiais e suas modificações anatômicas, conhecidas como Síndrome de Kranz, ocorrem paralelamente com as alterações bioquímicas.

http://www.geocities.com/~esabio/interacao/adapto_bioqu.htm

 Nas plantas superiores, adaptação ao gelo parece ser bem mais complexa, mas sempre se faz uma correlação da tolerância ao frio com o aumento do teor de açúcar na seiva. Provou-se que a capacidade de resistir à geada pode ser induzida artificialmente, infiltrando-se plantas com açúcares. Os açúcares encontrados nas plantas resistentes ao congelamento variam de planta para planta, mas geralmente são os açúcares mais conhecidos: glicose, frutose e sacarose. Álcoois poli­hídricos, como glicerina, manitol e sorbitol são menos encontrados, mas são largamente responsáveis pela tolerância ao frio da maçã e da gardênia, por exemplo.

Assim, conhecendo os mecanismo de resistência ao frio e seca, é possível garimpar genes para se fazer OGMs com estas características.

Resistência a salinidade

Um exemplo de condição de solo adversa para o desenvolvimento de uma planta é a salinidade. Quando o teor de cloreto de sódio é aumentado, elas desenvolvem sintomas de intoxicação, rapidamente. É o que acontece com as plantas chamadas "glicófitas", como o tomate, a ervilha e o feijão. As plantas halófitas, pelo contrário, têm seu crescimento estimulado em condições de salinidade, como acontece com plantas costeiras tropicais, como as Thalassia e as plantas de mangue, como Avicennia (no Brasil, uma delas é a Rhizophora mangle).A resistência se dá por acúmulo de cloreto de sódio dentro do vacúolo; por resistência à entrada de cloreto de sódio na célula e por diluição de cloreto de sódio após sua entrada na planta. Uma característica bioquímica é o acúmulo de prolina e glicibetaína. http://www.geocities.com/~esabio/interacao/adapto_bioqu.htm

O efeito do estresse salino pode provocar um estímulo ou inibição de enzimas envolvidas nos processos metabólicos como a peroxidase, isoenzimas associadas a mudanças nos processos fisiológicos de plantas submetidas a estresses. Desde que as poliaminas e as peroxidases podem ser consideradas hipoteticamente como marcadores bioquímicos que mostram a resistência dos vegetais à fatores abióticos, o objetivo do presente trabalho foi o de verificar alterações nos níveis de poliaminas e na atividade da peroxidase em plantas de feijão cultivadas em diferentes concentrações de NaCl. (Lima et al, 1999)

Agradecimentos

Vera Quecini, PqC IAC pela cessão de imagens
 Francie Erika Prado, IZ pela digitação do texto original

REFERÊNCIAS BIBLIGRÁFICAS

CASTRO, A.M.G.; LIMA, S.M.V.; LOPES, M.A. et al. Estratégia de P & D para o melhoramento genético em uma época de turbulência. In: SIMPÓSIO DE GESTÃO DA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA, 22. 2002. Salvador, Anais..., Salvador: PGT-USP/FIA/UNIFACB/FIEB, 2002. p. 1-17.

CORNELISSEN, J. C. E MELCHERS, L. S. (1993) ‘Strategies for control of fungal diseases with transgenic plants’, Plant Physiol, 101:709-12.

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Sites Consultados:

http://cienciahoje.uol.com.br http://www.geocities.com/~esabio/interacao/adapto_bioqu.htm

Paulo Bardauil Alcântara possui graduação em Agronomia pela Universidade de São Paulo (1974), especialização em COLHEITA DE FORRAGEM E UTILIZAÇÃO DE PASTAGENS pela Volcani Center (1976), mestrado em Zootecnia pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (1981) e pós-doutorado pela University of Queensland (1990). Atualmente é DIRETOR de Pesquisa /PQC VI do Instituto de Zootecnia da APTA/SAA. Tem experiência na área de Zootecnia , com ênfase em Pastagem e Forragicultura.
Contato: bardauil@iz.sp.gov.br

Keila Maria Roncato Duarte possui graduação em Engenharia Agronômica pela Universidade de São Paulo (1992), mestrado em Microbiologia Agrícola pela Universidade de São Paulo (1995) e doutorado em Microbiologia Agrícola pela Universidade de São Paulo (2000). Atualmente é Pesquisadora Científica da APTA - Instituto de Zotecnia. Fez pós-doutorado no CENA/USP na área de produção de anticorpos policlonais e monoclonais para detecção de anabolizantes em carnes (2000 A 2003). De 2003 A 2005, Fez um segundo pós doutorado na USP, no Departamento de Fitopatologia, Entomologia e Zoologia Agrícola -ESALQ na área de epidemiologia e imunomarcação de doenças fúngicas. Tem experiência na área de Imunologia aplicada e microbiologia, com ênfase em Produção de Anticorpos Monoclonais e Policlonais, atuando principalmente nos seguintes temas: anticorpos policlonais, anticorpos monoclonais, anabolizantes , Imunomarcação, diagnóstico de fitopatógenos, ELISA. Hoje atua no Laboratório de Reprodução Animal, com imunoensaios aplicados a estudos de fisiologia bovina, principalmente.
Contato: keila@iz.sp.gov.br

Waldssimiler Teixeira de Mattos possui graduação em Engenharia Agronômica pela Universidade de São Paulo (1993), mestrado em Solos e Nutrição de Plantas pela Universidade de São Paulo (1997), doutorado em Solos e Nutrição de Plantas pela Universidade de São Paulo (2001) e pós-doutorado pelo Instituto de Zootecnia (2004). Atualmente é Pesquisador Científico do Instituto de Zootecnia. Tem experiência na área de Zootecnia , com ênfase em Pastagem e Forragicultura. Atuando principalmente nos seguintes temas: forrageira, adubação.
(Texto gerado automaticamente pela aplicação CVLattes)
Contato: wtmattos@ig.com.br

ALCÂNTARA, P.B.; DUARTE, K.M.R; MATTOS, W.T. Novas alternativas para germoplasma forrageiro - leguminosas. 2007. Artigo em Hypertexto. Disponível em: <http://www.infobibos.com/Artigos/2007_2/leguminosas/index.htm>. Acesso em: