Alerta de erosão genética!

O DNA de cada organismo contém informações que especificam as características únicas desse organismo. Para as plantas, essas características incluem a forma, a cor e o tamanho do fruto. Combinações singulares de características resultam em milhares de espécies de plantas – uma riqueza de vida vegetal chamada biodiversidade vegetal. Embora muitas vezes pensemos na biodiversidade em termos de quantas espécies existem em sistemas naturais, como florestas ou selvas, ela também é importante para as espécies agrícolas que nos servem como alimento.

Assim como os humanos, as plantas evoluíram a partir de formas antigas ao longo de milhões de anos através de processos evolutivos, que incluíram as mudanças naturais no seu DNA e as escolhas feitas por pessoas sobre quais plantas cultivar ou reproduzir em conjunto. À medida que evoluíram, as plantas adquiriram novas capacidades úteis, tais como um crescimento mais rápido e uma produção maior de alimentos, resistência doenças ou a tolerância a tensões ambientais, como a seca.

Hoje, a biodiversidade vegetal da Terra está ameaçada pelas pressões humanas, que incluem alterações climáticas, poluição, perda de habitat e muito mais. A diminuição da biodiversidade também reduz o número de pequenas diferenças entre indivíduos da mesma espécie, tornando todos os membros de uma espécie cada vez mais semelhantes. Este processo é denominado erosão genética, e pode tornar mais difícil a sobrevivência de uma espécie.

A seleção artificial é utilizada pelos agricultores para reproduzir apenas plantas com características desejáveis ​​(crescimento rápido, capacidade para produzir frutos maiores/maiores ou capacidade de produzir frutos com vida útil mais longa), o que tem contribuído para a erosão genética.

Para explicar este conceito, imagine uma população de tomates com grande biodiversidade como um baralho de 52 cartas. Cada carta representa uma única variedade de tomate. Agora imagine alguém removendo certas cartas do baralho, uma por uma. A redução na diversidade das cartas representa o que acontece com uma espécie vegetal através do processo de seleção artificial (Figura 1).

Figura 1 – Erosão genética em uma população de plantas.

(A) Imagine um baralho de 52 cartas diferentes. A remoção de algumas cartas do baralho reduz a diversidade das cartas restantes. (B) Da mesma forma, a população natural de tomate contém muitas variedades, mas se os agricultores decidirem cultivar ou criar apenas alguns tipos, a biodiversidade global da população de tomate será reduzida.

O que é germoplasma e por que precisamos preservá-lo?

O germoplasma é conjunto de recursos genéticos vivos que podem atuar como portadores de herança. Refere-se aos materiais ou tecidos que armazenam DNA e o transmitem através das gerações. Nas plantas, o germoplasma consiste em qualquer tecido capaz de regenerar uma planta inteira, como sementes, bulbos, tubérculos, raízes, estacas e mudas. As coleções de germoplasma também são conhecidas como bancos de sementes. Uma instalação especial onde as sementes são armazenadas em condições controladas de temperatura, umidade e luz para preservar a diversidade genética das plantas para o futuro, pois representam todas as variantes coletadas de uma espécie de planta (Figura 2 ).

As plantas são essenciais para outras formas de vida da Terra, incluindo os humanos, pois fornecem oxigénio, alimentos, medicamentos e muitos outros produtos importantes para a nossa vida quotidiana. Por esta razão, proteger a biodiversidade vegetal através da conservação do germoplasma é essencial porque a biodiversidade vegetal está diminuindo em um ritmo alarmante. Isto significa que muitas espécies de plantas estão  desaparecendo e as suas propriedades únicas e essenciais podem desaparecer com elas. A diminuição da biodiversidade vegetal também tem consequências para a segurança alimentar, que é a disponibilidade e acessibilidade de alimentos para todas as pessoas no mundo.

Figura 2

Germoplasma vegetal mantido na Base de Dados de Germoplasma do Mediterrâneo. (A) Miolos de vários grãos de cereais. (B) Espigas de vários tipos de trigo. (C) Sementes de leguminosas. (D) As sementes são catalogadas e armazenadas em prateleiras colocadas em ambiente controlado.

Nikolai Vavilov, o pai herói dos bancos de germoplasma

Desde os tempos pré-históricos, os nossos antepassados ​​sempre armazenaram as sementes das plantas para garantir uma colheita futura. A ideia de criar bancos de germoplasma só surgiu no século 20. Nikolai Vavilov, nascido na Rússia em 1887, foi um botânico e geneticista que compreendeu a importância de proteger a biodiversidade vegetal para a agricultura e muito mais. Dedicou sua vida a viajar pelo mundo para coletar sementes e amostras de espécies silvestres e cultivadas [1].

Em 1921, Vavilov fundou o Instituto da Indústria Vegetal em São Petersburgo, e sua coleção de sementes e plantas era a maior do mundo. Para as espécies mais importantes para a nutrição humana (como o trigo, o feijão e o grão-de-bico), ele recuperou as sementes dos locais onde cada espécie apareceu pela primeira vez na Terra. Por exemplo, as sementes de cereais tiveram origem, há milhares de anos, na região do Crescente Fértil, no Médio Oriente.

O trabalho de Vavilov foi complicado devido às políticas do governo soviético da época, que não apoiava a investigação científica. Vavilov argumentou que a biodiversidade vegetal era crucial para a segurança alimentar a longo prazo, o que ele acreditava ser um direito humano. Ele ficou preso até sua morte por suas ideias. Seu precioso e heroico trabalho inspirou pesquisas posteriores e o nascimento de muitos dos atuais bancos de germoplasma.

Como funcionam os bancos de germoplasma?

A conservação das plantas pode ocorrer em coleções, jardins botânicos e bancos de sementes. Os bancos de sementes são edifícios, que geralmente estão localizados longe dos locais onde muitas das espécies de plantas podem ser encontradas. Os bancos de sementes podem ser pequenas secções de centros de pesquisa ou edifícios utilizados apenas para a conservação de germoplasma.

Para melhor conservação das sementes, elas são colocadas em recipientes fechados, protegidos da luz e da umidade. As sementes devem ser rotuladas para que possam ser facilmente identificadas (Figura 2D). Em seguida, as sementes são tratadas com produtos químicos para evitar o crescimento de micro-organismos. Trabalhadores especializados realizam todas essas tarefas, incluindo botânicos, técnicos de laboratório e curadores.

As condições dentro dos bancos de sementes são extremamente importantes. A temperatura deve ser mantida em torno de 2°C para evitar a decomposição dos materiais vegetais. Para conservação a longo prazo, pode ser usado o processo de criopreservação, que consiste em resfriamento e armazenamento de sementes, tecidos e outros materiais biológicos em temperaturas congelantes para preservá-los para uso futuro, o que significa manter o germoplasma em congeladores muito frios (-80°C) ou em nitrogênio líquido (-196°C) [2].

Atualmente, o maior e mais avançado banco de sementes tecnologicamente é o Svalbard Global Seed Vault, localizado numa ilha no Oceano Ártico. Este banco é um abrigo de segurança máxima capaz de sobreviver a catástrofes como inundações, terremotos, incêndios e até explosões nucleares (Figura 3). Essa instalação foi construída com o apoio da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura. Oferece armazenamento de sementes seguro, gratuito e de longo prazo e funciona como um verdadeiro banco. O germoplasma depositado permanece propriedade exclusiva dos depositantes, que poderão retirá-lo a qualquer momento.

Figura 3 – Cofre Global de Sementes de Svalbard.

Esta é a entrada para o banco subterrâneo de sementes (crédito da foto: Svalbard Global Seed Vault; foto de Riccardo Gangale).

Estimar o número de bancos de sementes em todo o mundo é uma tarefa difícil. Uma pesquisa recente afirma que existem mais de 7 milhões de amostras pertencentes a aproximadamente 50.000 espécies arquivadas em mais de 1.700 bancos de sementes em todo o mundo, todas diferentes em estrutura, tamanho e foco [3]. Os bancos de sementes são geralmente financiados por agências governamentais, instituições de pesquisa e organizações de conservação. São estabelecidos como um serviço à comunidade global porque oferecem “seguro” contra as pressões da crise climática e porque podem manter a nossa futura segurança alimentar e nutricional.

O que há de novo no século 21?

Gerenciar todas as amostras num banco de sementes é um desafio. Um grande desafio é escolher os melhores indivíduos para preservar e construir coleções que representem a maior parte da variação genética total da Terra sem muitas amostras idênticas. Felizmente, uma técnica laboratorial relativamente nova, chamada de tecnologia de sequenciamento de npva geração, e o uso da bioinformática são ferramentas que  tornam possível comparar sequências de DNA de muitas plantas para identificar padrões de variação do DNA, como um código de barras que identifica exclusivamente cada produto.

Na verdade, o código de barras do DNA permite uma avaliação rápida e abrangente da biodiversidade vegetal. Aprendemos que a variedade dentro  das mesmas espécies vegetais, ou entre espécies, é fundamental para garantir a segurança alimentar da humanidade. Além disso, a biodiversidade protege contra as alterações climáticas, ajuda a combater doenças, apoia as comunidades preservando culturas e estilos de vida e produz benefícios econômicos. Todas estas razões deveriam levar-nos a preservar a biodiversidade. Este é um desafio global que afeta todos, em todos os lugares.

Glossário

Biodiversidade: A diversidade de vida na Terra, que pode ser medida pela variedade que existe dentro de uma mesma espécie, quantas espécies diferentes existem e até mesmo pela variedade de biodiversidade em um ecossistema.

Erosão Genética: Qualquer processo natural ou gerado pelo homem que, ao longo do tempo, resulte na perda de biodiversidade em populações da mesma espécie.

Seleção Artificial: Um processo que os humanos controlam para modificar seres vivos, como plantas e animais, por meio de reprodução seletiva.

Germoplasma: Conjunto de recursos genéticos vivos que podem atuar como portadores de herança.

Banco de Sementes: Uma instalação especial onde as sementes são armazenadas em condições controladas de temperatura, umidade e luz para preservar a diversidade genética das plantas para o futuro.

Segurança Alimentar: A ideia de que todos tenham acesso fácil a alimentos de qualidade e acessíveis de que necessitam para sobreviver e prosperar.

Criopreservação: O processo de resfriamento e armazenamento de sementes, tecidos e outros materiais biológicos em temperaturas congelantes para preservá-los para uso futuro.

Bioinformática: Campo científico que combina biologia, ciência da computação e estatística para analisar grandes quantidades de dados biológicos.

Referências

[1] Vavilov, N. I., Vavylov, M. I., Dorofeev, V. F., e Love, D. 1992. Origin and Geography of Cultivated Plants. Cambridge: Cambridge University Press.

[2] Panis, B., Nagel, M., e Van den houwe, I. 2020. Challenges and prospects for the conservation of crop genetic resources in field genebanks, in in vitro collections and/or in liquid nitrogen. Plants 9:1634. doi: 10.3390/plants9121634

[3] Mascher, M., Schreiber, M., Scholz, U., Graner, A., Reif, J. C., e Stein, N. 2019. Genebank genomics bridges the gap between the conservation of crop diversity and plant breeding. Nat. Genet. 51:1076–81. doi: 10.1038/s41588-019-0443-6

Citação

D’Angelo D, Cannavacciuolo O, Taranto F e D’Agostino N (2024) Seed Banks: Storing the World’s Plants for the Future. Front. Young Minds. 12:1204137. doi: 10.3389/frym.2024.1204137

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