feijao transgênico

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48 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento
FEIJÃO
TRANSGÊNICO
UM PRODUTO DA ENGENHARIA GENÉTICA
O feijoeiro
A cultura do feijoeiro (Phaseolus
vulgaris) ocupa uma área de 12 mi-
lhões de hectares e constitui-se na
leguminosa mais importante para a
alimentação de mais de 500 milhões
de pessoas na América Latina e África.
O Brasil é o maior produtor, com uma
produção anual na ordem de dois mi-
lhões de toneladas, o que equivale a
cerca de 20% da produção mundial de
feijão. O feijão é um alimento básico
para a população brasileira, constituin-
do-se em sua principal fonte de prote-
ína vegetal. O consumo anual per cap-
ta é de 14 quilogramas. O teor de
proteína das sementes varia de 20 a
33%, sendo também um alimento
energético, contendo cerca de 340cal/
100g. No Brasil, o feijão é produzido
basicamente por pequenos produto-
res. Aproximadamente 80% da produ-
ção e da área cultivada encontram-se
em propriedades menores que 100ha.
O feijão é produzido em todas as regi-
ões do país. A Região Nordeste detém
a maior área plantada (45%), seguida
das regiões Sul (26%) e Sudeste (21%).
A Região Nordeste detém o mais baixo
índice de produtividade, decorrente
da baixa utilização de insumos agríco-
las e problemas com a seca. Os maio-
res estados produtores são Paraná,
Bahia, Minas Gerais, São Paulo, Santa
Catarina, Rio Grande do Sul e Goiás.
Em nosso país, nas últimas décadas a
produção e a área ocupada com a
cultura do feijoeiro aumentaram, en-
tretanto a produtividade vem decres-
cendo. Vários são os fatores que contri-
buem para este fato: sócio-econômi-
cos, fitossanitários e agroecológicos.
Diante dos problemas que esta cultura
possui e da sua grande importância
para as regiões onde está estabelecida,
há um grande interesse no desenvolvi-
mento de tecnologias que possam ace-
lerar o processo de melhoramento.
Engenharia genética
Com o advento da tecnologia do
DNA recombinante, foi aberta a possi-
bilidade de se isolar e clonar genes de
bactérias, vírus, plantas e animais, in-
troduzi-los e expressá-los em plantas.
Desta forma, a barreira do cruzamento
entre espécies e até entre diferentes
reinos foi rompida. A transformação
genética de vegetais permite a intro-
dução de genes específicos no genoma
de cultivares comerciais. Esta tecnologia
vem auxiliar os programas de melhora-
Francisco J.L. Aragão, Ph.D.
Giovanni R. Vianna, MSc.
Elíbio L. Rech, Ph.D.
elbrech@cenargen.embrapa.br
CENARGEN - Centro Nacional de Pesquisa de Recursos
Genéticos e Biotecnologia.
EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa
Agropecuária.
Fotos cedidas pelos autores.
Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento 49
mento, permitindo o fluxo de genes
para plantas, os quais seriam impossí-
veis de serem transferidos através de
cruzamentos sexuais ou fusão de
genomas. As plantas obtidas no pro-
cesso de transformação genética de-
vem ser introduzidas em um programa
de melhoramento para o
desenvolvimento de no-
vas cultivares. A transfor-
mação genética de vege-
tais superiores tem tido
avanços consideráveis nas
últimas duas décadas. Vá-
rios métodos de transfor-
mação foram propostos.
Atualmente, os métodos
mais empregados são: o
processo biobalístico, in-
trodução de genes medi-
ada por Agrobacterium e
a e le t roporação de
protoplastos e tecidos.
Durante a última década,
numerosas tentativas fo-
ram feitas no sentido de
regeneração de plantas
transgênicas férteis do
feijoeiro comum. Alguns
pesquisadores demonstra-
ram a possibilidade de
int rodução de genes
exógenos para o feijoeiro
at ravés do s is tema
Agrobacter ium e da
ele t roporação de
protoplastos. No entanto,
nenhuma transformação
estável, com uma prova molecular da
presença dos genes introduzidos
(transgenes) e uma análise da progê-
nie, foi demonstrada. As dificuldades
para obtenção de uma planta genetica-
mente modi f icada res id i ram na
inexistência de um processo para re-
generação de plantas a partir das célu-
las transformadas.
O processo biobalístico
No final da década de 80, foi pro-
posto o processo biobalístico como
uma alternativa para
introdução direta de
material genético no
genoma nuclear de
plantas superiores.
Desde então, sua uni-
versalidade de aplica-
ções tem sido avalia-
da. Valendo-se de di-
ferentes equipamen-
tos desenvolvidos no
Centro Nacional de
Pesquisa de Recursos
Genét icos e
B i o t e c n o l o g i a
( E M B R A P A /
CENARGEN), nosso grupo tem de-
monstrando ser um processo efetivo e
simples para a introdução e expressão
de genes em bactérias, protozoários,
fungos, tecidos vegetais e animais. A
biobalística utiliza microprojéteis de
ouro ou tungstênio acelerados a altas
velocidades (superiores a 1.500km/h)
para carrear e introduzir ácidos
nucléicos e outras moléculas em célu-
las e tecidos in vivo. As micropartículas
aceleradas penetram na parede e mem-
brana celular de maneira não-letal, lo-
cal izando-se a leator iamente nas
organelas celulares. Em seguida, o DNA
é dissociado das micropartículas pela
ação do líquido celular, ocorrendo o
processo de integração do gene
exógeno no genoma do organismo a
ser modificado. Uma das vantagens do
sistema de transformação através do
processo de biobalística é que este
permite a introdução e expressão
gênica em qualquer tipo celular. As-
sim, foi aberta a possibilidade de trans-
formação in situ de células diferencia-
das sem necessidade de regeneração
de novo. Desta forma, vislumbrou-se a
possibilidade de obtenção de plantas
transgênicas através da transformação
de células-mãe do meristema apical. A
t ransformação destas cé lu las
meristemáticas através do processo
biobalístico tem-se mostrado bastante
eficiente. As micropartículas podem
atingir as células das três camadas do
meristema apical. A freqüência de trans-
formação, no entanto, pode ser signifi-
cativamente aumentada através da
indução de organogênese na região do
meristema apical, isto é, através da
indução de uma multibrotação. Um
sistema de multibrotação a partir do
meristema apical de embriões de
feijoeiro foi desenvolvido através de
seu cultivo em meio de cultura conten-
do benzilaminopurina (BAP). A BAP é
um regulador de crescimento vegetal
sintético (uma citocinina) que, entre
outros efeitos, induz a divisão celular,
gerando, no ápice de eixos embrioná-
rios, novas regiões meristemáticas e,
Figura 2: Região apical dos eixos embrio-
nários de feijão utilizados no processo de
transformação, vistos ao microscópio ele-
trônico de varredura. 
Figura 3: Equipamento de biobalística uti-
lizado no processo de introdução de genes
em meristemas apicais de feijão.
50 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento
conseqüentemente, vários brotos a
par t i r de um único mer is tema
preexis tente . Baseado no
bombardeamento de células do
meristema apical e da indução de
multibrotação em eixos embrionários
de fe i jão, fo i desenvolv ido na
EMBRAPA/CENARGEN um sistema de
transformação de cultivares elite, com
uma eficiência de 1%. Esta freqüência
de transformação é considerada muito
alta se comparada a outros sistemas de
transformação baseados na introdução
de genes em meristemas apicais de
outras espécies (0,007 a 0,03%). As
plantas transformadas foram submeti-
das a análises de progênie, bioquími-
cas e moleculares. A maioria das plan-
tas apresentou um padrão de segrega-
ção obedecendo à primeira lei de
Mendel e um baixo número de cópias
do transgene, integradas em locus úni-
co. Em se tratando da introdução de
genes de interesse agronômico, esta é
a condição ideal para a introdução des-
tas plantas transgênicas nos programas
de melhoramento.
Genes de interesse agronômico
A transferência de genes para plan-
tas é uma etapa-chave para a engenha-
ria genética de vegetais. O desenvolvi-
mento desta metodologia de transfor-
mação do feijoeirofoi fundamental
para os demais estudos de integração,
expressão e estabilidade de genes que
conferem características agronômicas.
Uma das doenças de maior impacto na
cultura do feijoeiro é o mosaico-doura-
do, causado por um geminivírus, o
vírus do mosaico-dourado do feijoeiro
(BGMV). Esta doença está hoje disse-
minada por todas as áreas produtoras
de feijão do Brasil e em outros países
da América Latina. No Brasil, em condi-
ções de campo, as perdas ficam em
torno de 40 a 85%, podendo chegar a
100%, dependendo da cultivar, do es-
tágio das plantas quando infectadas e
do isolado do vírus. Experimentos fo-
ram conduzidos em conjunto com o
grupo do Dr. Josias Faria, do Centro
Nacional de Pesquisa de Arroz e Feijão
Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento 51
(EMBRAPA/CNPAF), e o nosso grupo
na EMBRAPA/CENARGEN, com o obje-
tivo de se obter plantas resistentes
geneticamente modificadas. Seqüên-
cias do BGMV (AC1, AC2, AC3 e BC1)
foram clonadas e posicionadas em anti-
senso e então utilizadas para obtenção
de plantas transgênicas de feijoeiro. O
objetivo da estratégia de anti-senso é a
expressão pela planta de RNAs com-
plementares aos do vírus. Assim, estes
RNAs anti-senso podem-se ligar aos
RNAs virais, permitindo que este RNA
híbrido possa ser inativado, interrom-
pendo o ciclo de vida do vírus. As
plantas transgênicas obtidas, contendo
as seqüência do BGMV, foram
autofecundadas durante cinco gerações
e então desafiadas contra o vírus. A
inoculação do vírus foi feita através de
moscas-brancas virulíferas (vetor res-
ponsável pela transmissão do vírus na
natureza) . Algumas l inhagens
transgênicas não apresentaram qual-
quer diferença significativa nos sinto-
mas, em relação às plantas não-
transgênicas. Entretanto, duas linha-
gens mostraram um retardamento no
aparecimento dos sintomas, e estes
foram mais fracos que aqueles normal-
mente apresentados pelas plantas-con-
trole. Além disso, uma quantificação
através de análises de Southern blot
nas plantas inoculadas mostrou que
havia uma quantidade inferior de DNA
viral nas plantas transgênicas. As plan-
tas transgênicas tolerantes ao vírus
estão sendo incorporadas ao pro-
grama de melhoramento da
EMBRAPA/CNPAF com objetivo de
introdução desta característica em
diferentes cultivares e avaliação no
campo. Outro objetivo do melhora-
mento genético de feijoeiro tem
sido o aumento da qualidade
nutricional, principalmente em rela-
ção ao teor de metionina e triptofano
nos grãos, uma vez que esta planta
é importante para a alimentação
humana e extremamente deficien-
te nestes aminoácidos essenciais.
Embora tenha sido mostrada a pos-
sibilidade de se aumentar o teor de
metionina através da seleção em
populações com grande variabilida-
de, pouco tem sido conseguido no
sentido de se obter plantas com
níveis desejáveis deste aminoácido.
Desta forma, juntamente com o gru-
po do Dr . Eugen Gander
(EMBRAPA/CENARGEN), numa ten-
tativa de se obter grãos de feijão
contendo maiores teores de
metionina, plantas transgênicas fo-
ram obtidas expressando o gene da
albumina 2S de castanha-do-pará.
Esta proteína possui um alto teor de
metionina (18%). A albumina 2S foi
corretamente processada em se-
mentes transgênicas de feijão. Se-
mentes das plantas transgênicas fo-
ram analisadas durante o período de
desenvolvimento até a maturação
para detecção do produto gênico. O
padrão de aminoácidos foi analisado
para se determinar a aplicabilidade
da expressão heteróloga de um gene
de uma proteína rica em metionina
no melhoramento nutricional. Em-
bora as sementes tenham apresen-
tado altos níveis do aminoácido
metionina antes da maturação fisio-
lógica, obteve-se um aumento da
ordem de 25% do teor de metionina
em sementes maduras. Finalmente,
estudos do comportamento das plan-
tas transgênicas de feijoeiro em con-
dições de campo serão conduzidos
em breve. Nestes estudos, serão
avaliadas as interações das plantas
transgênicas com outras plantas do
ambiente agrícola, e também a esta-
bilidade da expressão dos genes
introduzidos. Além disso, há a ne-
cessidade do estudo do comporta-
mento destes genes, no que diz
respeito a fatores relacionados à
interação destes e a complexa fisio-
logia destas plantas submetidas ao
estresse natural, nas condições
agroclimáticas tropicais.