Biotecnologia em soja e milho

Biotecnologia dinâmica

A busca por novas cultivares de soja e de milho e as tendências para os novos aspectos biotecnológicos

As culturas geneticamente modificadas (GMO) surgiram há mais de duas décadas, sendo inseridas lentamente nos sistemas e práticas agrícolas, em países que evidenciam condições agricultáveis de pequena a larga escala. Devido às constantes modificações climáticas, ao incremento do potencial produtivo e ao avanço da agricultura para as novas fronteiras, tornou-se crescente a necessidade de plasticidade, aclimatação e adaptação das novas cultivares obtidas através do melhoramento genético. Os métodos tradicionais de melhoramento, combinados às mais avançadas técnicas de biotecnologia molecular, foram e são vitais na manutenção e no incremento da produção de alimentos suficientes para satisfazer a crescente demanda mundial.

As formas de inserção dos novos genes nas plantas podem ocorrer de diversas maneiras, como através do melhoramento genético convencional, sendo as hibridações dirigidas, populações e famílias segregantes fundamentais, bem como por meio das seleções que possibilitarão que um determinado gene desejado seja implementado na cultivar-alvo. Claro que estes procedimentos decorrem de vários anos de planejamento e de atividades do melhorista.

Outra maneira é a utilização de técnicas biotecnológicas baseadas no bombardeamento de micropartículas de ouro ou tungstênio, sendo estas recobertas por DNA, aceleradas suficientemente e bombardeadas até penetrar no interior das células vegetais que posteriormente serão regeneradas a uma nova planta com o gene de interesse inserido no genoma. Baseia-se, então, em uma técnica denominada de inserção gênica direta.

Entretanto, tem-se as técnicas de inserções gênicas indiretas que utilizam um plasmídeo comumente conhecido como Agrobacterium tumefaciens. Esta bactéria expressa ação patogênica desarmada que tem capacidade de englobar o novo transgene em seu genoma circular, e então, ao ser inoculada no tecido vegetal, promove ações de hiperplasia e/ou hipertrofia através de galhas, que farão a transferência do fragmento de DNA para o tecido vegetal que será posteriormente regenerado através da cultura de tecidos.

Outras ferramentas atuais que têm auxiliado na inserção de genes desejáveis e no silenciamento de genes indesejáveis no germoplasma servirão como base para o desenvolvimento de novas cultivares, sendo estas baseadas na edição gênica por Trascription activator-like effector nucleasse (Talens) que permite a quebra da dupla fita de DNA, modificando sítios específicos no genoma. Pode ser utilizada junto a mutações, inserções e substituições de bases nitrogenadas nos cromossomos da espécie de interesse (Vasconcelos et al., 2015). Uma técnica mundialmente conhecida denomina-se de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9), que possui diversas aplicações tanto para a inserção ou deleção de bases nitrogenadas no DNA, bem como para a troca de

Fotos Wenderson Araujo/CNA

Biotecnologia dinâmica

sequências no genoma, tem sido implementada em milho, cevada, arroz e no trigo (Vasconcelos et al., 2015). Outra alternativa denomina-se de Zinc Finger Nucleases (ZNF), que permite reconhecer e clivar uma sequência de DNA em sítios específicos do genoma, auxilia na correção de erros em genes vitais para o funcionamento molecular e metabólico, atua na inserção de genes e construção de sequências diferenciadas de DNA na célula (Vasconcelos et al., 2016).

Dentre os vários benefícios de compilar o melhoramento genético e a biotecnologia no desenvolvimento de novas cultivares ressalta-se que o advento dos Organismos Geneticamente Modificados (OGM) foram determinantes para a melhoria dos sistemas agrícolas, incremento das coberturas vegetais sobre solos destinados à agricultura, crescente potencial na produtividade de alimentos por unidade de área, bem como os benefícios diretos para o ambiente rural mais sustentável.

Atualmente, o setor agropecuário tem à disposição uma série de culturas com eventos biotecnológicos, tais como alfafa (Medicago sativa), maçã (Malus x Domestica), canola (Brassica napus var oleifera), feijão (Phaseolus vulgaris), cravo (Dianthus caryophyllus), chicória (Cichorium intybus), algodão (Gossypium hirsutum), feijão frade (Vigna unguiculata), berinjela (Solanum melongena), eucalipto (Eucalyptus sp.), linho (Linum usitatissimum), melão (Cucumis melo), mamão (Carica papaya), petúnia (Petunia hybrida), abacaxi (Ananas comosus), ameixa (Prunus domestica), álamo (Populus sp.), batata (Solanum tuberosum), arroz (Oryza sativa), rosa (Rosa hybrida), cártamo (Carthamun tinctorius), abóbora (Cucurbita pepo), beterraba sacarina (Beta vulgaris), cana-de-açúcar (Saccharum sp.), pimenta doce (Capsicum annuum), tabaco (Nicotiana tabacum), tomate (Lycopersicon esculentum), trigo (Triticum aestivum) e as principais culturas do cenário agrícola brasileiro:

Figura 1 - Modelo preditor das relações de exportação da soja com o lançamento de novas cultivares da soja

a soja (Glycine max) e o milho (Zea mays) (ISAAA, 2020).

A área mundial implantada com transgênicos passou de 1,7 milhão de hectares em 1996 para mais de 191 milhões de hectares em 2020, sendo estabelecida como o ramo tecnológico que mais rápido ascendeu nas últimas décadas no âmbito agrícola. O Brasil, é responsável por mais de 51 milhões de hectares com áreas destinadas aos cultivos com espécies transgênicas, com destaque especial para a soja, o milho e o algodão, sendo 35 milhões de hectares destinados à soja, 15 milhões de hectares com a cultura do milho e um milhão de hectares com algodão (ISAAA, 2018).

A SOJA

O Brasil caracteriza-se como um dos maiores produtores de soja, principal commoditie destinada à exportação, que apresenta importância econômica e ampla utilização na alimentação humana e animal. De acordo como o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos da América (USDA), os maiores players da soja são Brasil, Estados Unidos e Argentina. Dentre estes aspectos, os principais importadores da oleaginosa baseiam-se em China, União Europeia e México. Sendo responsável por exportar mais de 85 milhões de toneladas de grãos majoritariamente oriundos de organismos geneticamente modificados. Para a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), em 2020 a área semeada com a soja totalizou 36 milhões de hectares e produção de 120 milhões de toneladas de grãos.

Atualmente, o Brasil revela mais de duas mil cultivares disponíveis para a comercialização em todo o território nacional. Baseados em estudos preditivos, definiu-se que os lançamentos de cultivares são ponderados e determinados por incrementos e modificações nas dinâmicas da exportação de grãos (Figura 1). Em 2020, estima-se o registro de 138 novas cultivares e se estabelece que em 2030 serão lançadas 185 cultivares ao ano, sendo esta demanda crescente em função

Wenderson Araujo/CNA da importância da cultura. Este incremento viabiliza a ascensão em 7,4% de novas cultivares da soja por ano.

O registro nacional de cultivares foi implementado a partir de 1998 (Figura 2). Para isso, novas cultivares foram lançadas gradualmente nas últimas duas décadas. Evidencia-se que concomitantemente houve o incremento da área semeada e produtividade de grãos por hectare. Isto certamente consolida-se pelo ganho genético, seleção e posicionamento estratégico de novas cultivares específicas a determinados nichos da agricultura, bem como ambientes de cultivo.

O MILHO

O milho consolidou-se como um importante produto para a exportação, alimentação animal, produção de etanol e derivados. Segundo a Conab, em 2020 semeou-se mais de 18 milhões de hectares com este cereal (Conab, 2020). De acordo com o USDA, estima-se que em 2020 e 2021 haverá incrementos na produção, revelando magnitudes de 1,18 bilhão de toneladas de grãos, sendo os Estados Unidos, a China, o Brasil, a União Europeia e a Argentina os maiores players para esta cultura em todo o mundo.

Perante os eventos biotecnológicos para a cultura do milho, diferencia-se no âmbito de cultivares algumas relações quanto à base genética e à inserção de transgenes no genoma. Desta forma, alguns cuidados devem ser expressos na implantação de organismos transgênicos e não transgênicos, devido ao mecanismo reprodutivo, sendo essa uma espécie alógama, o que pode tangenciar o fluxo gênico entre germoplasmas, genótipos, variedades de polinização aberta, híbridos simples, simples modificados, triplos, duplos, compostos ou sintéticos, ou intervarietais.

As inserções de transgenes em milho são preconizadas em híbridos com bases genéticas estreitas a mediamente ampla, tais como os híbridos simples, simples modificados

e híbridos triplos. Devido a serem mais aceitos pelo mercado agrícola, expressam maior vigor híbrido, valor em suas sementes e respostas aos ambientes tecnificados disponíveis na atual agricultura brasileira (Embrapa, 2014).

BIOTECNOLOGIAS DISPONÍVEIS PARA A CULTURA DA SOJA

Dos genótipos disponíveis comercialmente, 47,6% são denominados tolerantes a herbicidas e 29,5% expressam tolerância a insetos-praga. A partir de 1998 popularizou-se o registro nacional de cultivares e os transgênicos (Figura 3). Neste contexto, verifica-se o declínio do lançamento de novas cultivares não geneticamente modificadas, ao longo das últimas décadas, com advento das liberações pela CTNBio. A partir de 2001 houve o aumento abrupto de cultivares disponíveis, sendo estas tolerantes a herbicidas (RR). Este nicho biotecnológico foi maximizado em 2010 e neste mesmo ano as cultivares com tolerância a lepidópteros (IPRO) tiveram sua oferta regulamentada e seus registros tornaram-se frequentes.

Atualmente, as tendências no desenvolvimento de cultivares são amparadas por combinar tecnologias de tolerâncias a herbicidas e insetos-praga, para então evidenciar maior escape às condições de ambiente. Outros eventos que se manifestaram nas últimas décadas foram cultivares inseridas no sistema Liberty Link (LL) e Cultivance, que ainda representam uma pequena fração das cultivares disponíveis.

EVENTOS DISPONÍVEIS

ESPECÍFICOS PARA A

CULTURA DA SOJA

TOLERÂNCIA A

INSETO-PRAGA

Este evento biotecnológico foi obtido através da inserção do gene cry1Ac oriundo da bactéria Bacillus thuringiensis subsp. Kurstaki estirpe HD73, bem como pela inserção do gene cry1F oriundo da bactéria Ba-

Figura 2 - Desempenho da área semeada, produtividade por hectare e lançamento de novas cultivares frente aos anos agrícolas de 1998 a 2020

Figura 3 - Frequência de lançamento de cultivares da soja com eventos biotecnológicos inseridos e ponderados pelos anos de lançamento

cillus thuringiensis var. aizawai. Esta tecnologia tem a finalidade de proporcionar tolerância a insetos lepidópteros. No mercado agrícola são denominados de Enlist E3.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA GLIFOSATO

Evento biotecnológico obtido por meio da inserção do gene cp4-epsps extraído da bactéria Agrobacterium tumefaciens cepa CP4, combinado à inserção do gene 2mepsps obtido do milho. Esta tecnologia tem a finalidade de proporcionar a tolerância da soja ao herbicida glifosato, com inúmeras formas comerciais, entre elas RR e RR2.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA GLUFOSINATO

Obtido através da inserção do gene pat oriundo da bactéria Streptomyces viridochromogenes. Expressa finalidade de tolerar herbicidas inseridos em sistemas tecnológicos denominados de Libert Link, Libert Link G27 e Enlist.

O milho consolidou-se como um importante produto para a exportação, alimentação animal, produção de etanol e derivados

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA ISOXAFLUTOLE

Biotecnologia obtida pela inserção do gene hppdPF W336 extraído da bactéria Pseudomonas fluorescens estirpe A32. Tem o objetivo de proporcionar a tolerância da planta aos herbicidas inibidores da enzima HPPD (isoxaflutol), no cenário agrícola o sistema denomina-se Liberty Link G27.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA 2,4D

Ações obtidas devido à inserção do gene add-12 oriundo da bactéria Delftia acidovorans. Este evento tem a finalidade de catalisar a degradação da cadeia lateral do herbicida 2,4D, as cultivares disponíveis pertencem ao sistema Enlist.

TOLERÂNCIA AO HERBICIDA DO GRUPO DAS SULFONILUREIAS

Inseriram-se o gene csr1-2 oriundo da espécie Arabidopsis thaliana e o gene gm-hra extraído da espécie Glycine max. Por expressar tolerância a herbicidas específicos, enquadra-se no sistema Cultivance.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA DICAMBA

Evento obtido através da inserção do gene dmo extraído da bactéria Stenotrophomonas maltophilia estirpe DI-6. Tem a finalidade de tolerar especificamente o herbicida dicamba, enquadrando-se na tecnologia agrícola Xtend.

TOLERÂNCIA AO

ESTRESSE HÍDRICO

Baseado na inserção do gene Hahb-4 oriundo do girassol, proporciona maior eficiência do uso da água nos seus processos fisiológicos, evidencia-se como um evento promissor no cenário agrícola e denomina-se de Verdega.

QUALIDADE DO PRODUTO

Obtido pela inserção do gene gm-fad2-1 oriundo da espécie Glycine max. Bloqueia a formação de ácido linoleico (silenciando o gene fad2-1), o que permite o maior acúmulo de ácido oleico nos grãos, sendo este sistema denominado de Plensh.

BIOTECNOLOGIAS PARA A CULTURA DO MILHO

No Brasil, o milho apresenta-se como a cultura que mais recebeu investimento em diferentes eventos biotecnológicos disponíveis.

TOLERÂNCIA AO

ESTRESSE HÍDRICO

Evento biotecnológico obtido através da inserção do gene cspB intrínseco à bactéria Bacillus subtilis. Tem a finalidade de maximizar o desempenho das plantas em condições edafoclimáticas adversas, denominado no mercado agrícola como Genuity DroughtGard.

TOLERÂNCIA A

LEPIDÓPTEROS

Obtido pela inserção dos genes ecry3.1Ab, Cry3A e Cry1Ab extraídos da bactéria Bacillus thuringiensis, inserção do gene cry1Ab oriundo da bactéria Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki, inserção dos genes cry1Fa2 e cry1F extraídos da bactéria Bacillus thuringiensis var. aizawai, inserção do gene vip3Aa20 oriundo da bactéria Bacillus thuringiensis cepa AB88, inserção cry2Ab2, cry1A.105, e cry1F oriundos da bactéria Bacillus thuringiensis var. aizawai. Estes eventos têm a finalidade de proporcionar a tolerância a lepidópteros. No mercado agrícola com estas tecnologias evidenciam-se Agrisure Duracade 5222, Agrisure CB / LL, Agrisure GT / CB / LL, Agrisure Viptera 2100, Agrisure Viptera 3110, Agrisure Viptera 3100, Agrisure Viptera 3111, Agrisure Viptera 4, Agrisure CB / LL / RW, SmartStax Pro x Enlist, Genuity VT Triple Pro, Genuity VT Double Pro, Genuity SmartStax, Power Core, Power Core

x MIR162 x Enlist, YieldGard CB + RR; Herculex I, Herculex CB, Herculex XTRA, Optimum Intrasect, Herculex I RR.

TOLERÂNCIA A

COLEÓPTEROS

Obtido pela inserção dos genes mcry3A, cry3A, cry34Ab1, cry35Ab1, cry3Bb1 e dvsnf7, extraídos da bactéria Bacillus thuringiensis subsp. kumamotoensis, conferem tolerância a Diabrotica virgifera virgifera, tecnologia disponível comercialmente por meio dos sistemas Agrisure Duracade 5222, Agrisure Viptera 3100, Agrisure Viptera 3111, Agrisure Viptera 4, Agrisure CB / LL / RW, SmartStax Pro x Enlist, YieldGard VT Rootworm RR2, Genuity VT Triple Pro, Genuity SmartStax, Herculex XTRA.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA GLUFOSINATO

A introdução do gene pat e pat (syn) originário da bactéria Streptomyces viridochromogenes Tu 494. Apresentam no mercado agrícola sistemas como Agrisure Duracade 5222, Agrisure CB / LL, Agrisure GT / CB / LL, Agrisure Viptera 2100, Agrisure Viptera 3110, Agrisure Viptera 3100, Agrisure Viptera 3111, Agrisure Viptera 4, Agrisure CB / LL / RW, SmartStax Pro x Enlist, Genuity SmartStax, Power Core, Power Core x MIR162 x Enlist, Milho Roundup Ready Liberty Link, Liberty Link Maize, Herculex I, Herculex CB, Herculex XTRA, Optimum Intrasect, Herculex I RR.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA GLIFOSATO

Evento biotecnológico obtido pelos genes mepsps e goxv247, extraídos da bactéria Agrobacterium tumefacien. No cenário agrícola têm-se Agrisure Duracade 5222, Agrisure GT / CB / LL, Agrisure Viptera 3110, Agrisure Viptera 3111, Agrisure Viptera 4, Milho Roundup Ready, Agrisure GT, Milho Roundup Ready, SmartStax Pro x Enlist, YieldGard VT Rootworm RR2, Genuity VT Triple Pro, Genuity VT Double Pro, Gen uity, SmartStax, Power Core, Power Core x MIR162 x Enlist, Milho Roundup Ready 2, YieldGard CB + RR, Roundup Ready Liberty Link, Optimum Intrasect e Herculex I RR.

ALTERAÇÃO NO

METABOLISMO DA MANOSE

Adquirido através do gene pmi oriundo da bactéria Escherichia coli. Metaboliza a manose e permite a seleção positiva para recuperação de plantas transformadas, expressa-se nos sistemas Agrisure Duracade 5222, Agrisure Viptera 2100, Agrisure Viptera 3110, Agrisure Viptera 3100, Agrisure Viptera 3111, Agrisure Viptera 4, Agrisure CB / LL / RW, Power Core x MIR162 x Enlist e Enogen.

TOLERÂNCIA AO

HERBICIDA 2,4D

Evento biotecnológico obtido pela inserção através do gene aad-1 oriundo da bactéria Sphingobium herbicidovorans. No cenário agrícola evidencia-se nas tecnologias SmartStax Pro x Enlist, Power Core x MIR162 x Enlist.

ALFA AMILASE

MODIFICADA

Inseriu-se o gene amy797E oriundo de micróbios Thermococcales spp. O que proporcionou o incremento da produção de etanol e termoestabilidade da enzima amilase utilizada para degradar o amido dos grãos, tecnologia disponível no sistema Enogen.

PERSPECTIVAS PARA OS NOVOS EVENTOS BIOTECNOLÓGICOS

Para a soja evidencia-se a oferta futura de cultivares com tolerância aos herbicidas glifosato, glufosinato, 2-4D, sulfonilureias, isoxaflutol e dicamba, sendo estes eventos combinados, bem como o lançamento de tecnologias com tolerância a lepidópteros combinados com a tolerância a herbicidas baseados na ação do glufosinato, glifosato e dicamba. Existe grande probabilidade do lançamento de cultivares com tolerância aos herbicidas do grupo das sulfonilureias, conjuntamente a tecnologias que modificam a qualidade dos grãos e tolerância a estresses abióticos.

Para a cultura do milho, esperam-se novas cultivares que combinam tecnologias de tolerância aos herbicidas glufosinato, glifosato e 2,4D, tolerância a insetos-praga tanto lepidópteros quanto coleópteros. Para o sucesso do agronegócio brasileiro, torna-se primordial o desenvolvimento de novas cultivares alicerçadas a altos padrões genéticos combinados a tecnologias e sistemas que envolvem eventos biotecnológicos eficazes no âmbito agrícola, que proporcionam elevadas produtividades, sustentabilidade das cadeias produtivas, produção de alimentos com qualidade e baixos impactos ambientais. C C

Ivan Ricardo Carvalho, Natã Balssan Moura e Danieli Jacoboski Hutra, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul

Carvalho, Moura e Danieli