Estudo demonstra o potencial do sequenciamento genômico no combate a ervas daninhas

O acesso aos genomas do capim-preto e do rabo-de-raposa-laranja, às vezes chamado de rabo-de-raposa, ajudará os pesquisadores a entender o que torna essas ervas daninhas sobreviventes tão excepcionais nos sistemas agrícolas modernos.

Tanto o capim-preto (Alopecurus myosuroides) quanto o rabo-de-raposa laranja (Alopecurus aequalis) são nativos de muitas regiões do Hemisfério Norte.

O capim-preto tornou-se a erva daninha agrícola predominante no trigo e na cevada na Europa Ocidental, enquanto o rabo-de-raposa laranja emergiu como a erva daninha agrícola dominante para culturas semelhantes em partes da China e do Japão. Ambas são ervas daninhas que crescem em plantações de grama. Eles frequentemente superam as safras de cereais.

Mudanças nas práticas de cultivo não foram eficazes no controle das ervas daninhas e ambas desenvolveram resistência a vários herbicidas. Com ambas apresentando uma grande ameaça ao rendimento das culturas e à segurança alimentar, uma melhor compreensão dos fatores genéticos de suas resistências é essencial para gerar estratégias eficazes de controle. Preencher essa lacuna de conhecimento requer recursos genômicos de alta qualidade.

Em dezembro de 2023, um genoma anotado de capim-preto foi publicado por cientistas da Rothamsted, Clemson University e Bayer. As sementes de capim-preto eram de uma população coletada em 2017 do experimento de longo prazo Broadbalk que nunca havia sido tratada com herbicidas e, portanto, permanecia suscetível ao controle químico.

A comparação dessa população com populações resistentes de outros campos do Reino Unido permitiu que esses pesquisadores identificassem mecanismos genéticos correlacionados com a resistência.

Agora, um ano depois, um genoma anotado de rabo-de-raposa laranja foi publicado. Para este genoma, os pesquisadores de Rothamsted colaboraram com parceiros do Instituto Earlham e da iniciativa European Reference Genome Atlas (ERGA), que visa fornecer genomas de referência para todas as espécies europeias.

As plantas rabo-de-raposa laranja sequenciadas eram de sementes mantidas pelo Banco de Sementes do Milênio de Kew de uma população coletada no Reino Unido. Como o rabo-de-raposa laranja não está presente no agroecossistema do Reino Unido, é improvável que eles tenham sido expostos a herbicidas. Tal como acontece com as sementes de Broadbalk, este genoma é uma referência importante, pois não terá sido influenciado pelas fortes pressões seletivas que moldaram algumas populações de ervas daninhas.

O genoma do rabo-de-raposa laranja com 2,83 Gb é menor que o genoma do capim-preto (3,572 Gb) e continha pouco mais de 33.750 genes codificadores de proteínas.

O sequenciamento, montagem e análise do capim-rabo-de-raposa laranja foram realizados por equipes do corpo docente do Earlham Institute e de sua Infraestrutura Nacional de Pesquisa em Biociência em Genômica Transformativa, ambos apoiados pelo BBSRC.

O Dr. Jon Wright, autor do estudo e bioinformático do Earlham Institute, disse: “Os recursos genômicos são cada vez mais importantes para permitir que criadores e produtores, que estão sob crescente pressão, desenvolvam abordagens novas e sustentáveis para o manejo de ervas daninhas, pragas e doenças. Para entender como essas ervas daninhas competem com as plantas que queremos cultivar e olhar dentro da caixa de truques que elas usam para frustrar os agricultores, precisamos absolutamente ter genomas de alta qualidade. Conseguimos começar a explorar a história evolutiva dessas ervas daninhas, particularmente o desenvolvimento de resistência a herbicidas. Isso pode ser usado para desenvolver herbicidas eficazes ou outras estratégias para controlar melhor essas ervas daninhas.”

A Dra. Dana MacGregor, autora e bióloga molecular de ervas daninhas da Rothamsted Research, disse: “Com esses genomas de qualidade de platina em mãos, podemos reduzir o isolamento geográfico em escala continental e 7,4 milhões de anos de divergência entre essas duas espécies para perguntar se as semelhanças entre essas duas espécies são o resultado de evolução paralela ou têm uma origem comum. Quando comparamos os genomas do rabo-de-raposa laranja e do capim-preto com a cevada – uma cultura em que crescem – ficamos surpresos ao descobrir que a estrutura do genoma do rabo-de-raposa laranja é mais parecida com a cevada do que com o capim-preto. Esses rearranjos genômicos destacam áreas de conservação funcional ou divergência que impulsionam adaptações a ambientes específicos ou nichos ecológicos.”

O genoma do rabo-de-raposa laranja foi sequenciado pelo grupo de Genômica Técnica, montado pelo Dr. Wright e anotado pelo grupo Core Bioinformatics – todos baseados no Instituto Earlham.

Naomi Irish, assistente de pesquisa sênior do Grupo Técnico de Genômica do Instituto Earlham, disse: “O rabo-de-raposa laranja é bastante excepcional entre os conjuntos de genoma eucarióticos. Normalmente vemos montagens muito boas com um contig N50 entre 20-30Mb. Nosso rabo-de-raposa laranja tem um enorme contig N50 de 374,7 Mb. A montagem do genoma – desde o cultivo das plantas, a extração de DNA, até o sequenciamento e anotação – envolve muitas pessoas e conhecimentos. Estamos configurados de forma única para reunir tudo e todos para que esses tipos de projetos nos dêem uma cobertura tão boa.O comprimento de leitura, especialmente para uma planta, foi particularmente impressionante e só foi possível graças a uma coordenação e colaboração cuidadosas.”

O ERGA contribui para o Projeto BioGenoma da Terra (EBP). Esta ambiciosa iniciativa visa sequenciar toda a vida eucariótica na Terra – gerando montagens de genoma de qualidade de referência para aproximadamente 1,9 milhão de eucariotos descritos.

Fonte: Agropages, publicado em 13/01/2024

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