FveIPT2: o gene housekeeping que aumentou 50 vezes e mudou a química do morango-silvestre

Há uma classe pouco falada de genes das plantas que muitos biólogos tratam como se fosse apenas ruído de fundo.

Estes genes são catalogados como genes housekeeping - os responsáveis por manter a célula a funcionar.

Parte-se, muitas vezes, do princípio de que são intervenientes passivos: estão sempre “ligados”, fazem sempre o mesmo e, na prática, passam despercebidos a quem trabalha em engenharia metabólica.

Ainda assim, uma equipa decidiu pôr essa ideia à prova. Escolheu um gene do morango-silvestre que quase não aparecia em estudos sobre sabor ou nutrição.

Ao aumentar a sua actividade para cerca de 50 vezes o normal, observaram como o fruto reagia.

Um candidato altamente improvável

O gene testado chama-se FveIPT2. Pertence a um tipo de gene que, em geral, os biólogos têm praticamente dado como garantido e pouco informativo.

Normalmente, os investigadores olham para estes genes housekeeping para perceber o que acontece quando falham - e o desfecho habitual é a morte da célula.

Fora esse cenário, tendem a ser arquivados como funções rotineiras.

Com as citocininas (hormonas vegetais ligadas ao crescimento, ramificação e floração) acontece algo semelhante. Alguns dos enzimas que as produzem orientam activamente o desenvolvimento. Outros - incluindo o FveIPT2 - parecem limitar-se a manter as tarefas de base a decorrer.

O projecto foi liderado pela Dra. Lijun Gan, da Nanjing Agricultural University (NJAU), em conjunto com o Dr. Yi Li, da University of Connecticut (UConn).

Aumento dramático da actividade do gene

A equipa criou plantas de morango com sobre-expressão de FveIPT2, fazendo com que o gene funcionasse a níveis muito acima do habitual.

Duas linhas modificadas seguiram para ensaios, lado a lado com plantas selvagens, sob condições equivalentes.

Numa das linhas, o gene trabalhou cerca de oito vezes acima do controlo. Na outra, foi empurrado para perto de 49 vezes acima, bem além do que uma planta não modificada costuma produzir.

Depois, os investigadores aguardaram o desenvolvimento das plantas. A floração ocorreu dentro do calendário esperado e o vingamento dos frutos surgiu no momento previsto.

À vista desarmada, as plantas modificadas não se distinguiam das plantas selvagens.

Fruto mais rico, produtividade semelhante

A primeira surpresa foi aquilo que não aconteceu. Aos 40 dias e novamente aos seis meses, as plantas modificadas correspondiam às selvagens em tamanho e aspecto.

O peso de cada fruto, as dimensões das bagas e os níveis de açúcar também não mostraram alterações.

A segunda surpresa surgiu quando a equipa analisou a química do fruto. As antocianinas totais aumentaram 34 por cento na linha com maior expressão.

Em paralelo, subiram também os flavonoides totais e os fenólicos. E, além disso, o fruto apresentava um tom de vermelho ligeiramente mais escuro.

Esses ganhos não vieram acompanhados por perdas de crescimento nem por redução de doçura. A combinação - mais antioxidantes, a mesma produtividade e doçura semelhante - não era aquilo que a equipa esperava.

Níveis de antocianinas disparam

Os dados de metabolitos mostraram a verdadeira dimensão do efeito. Entre 1,058 compostos detectados em frutos maduros, quase setecentos eram diferentes quando se comparavam plantas modificadas e plantas selvagens.

Nove antocianinas específicas subiram de forma marcada. O cloreto de cianidina atingiu 18 vezes o nível do tipo selvagem.

Outra variante de cianidina ficou quase dez vezes acima. O cloreto de pelargonidina chegou a perto de sete vezes mais.

Estes compostos não são apenas pigmentos. As antocianinas funcionam como antioxidantes e uma revisão publicada relaciona-as com menor risco de doença cardiovascular e de doenças neurodegenerativas em humanos.

Além disso, os genes responsáveis pela síntese destes compostos - e os reguladores que activam a via - estavam todos a funcionar com maior intensidade no fruto modificado.

Aroma mais doce, com menos “aguarrás”

A cor não conta a história toda, e os morangos ganham grande parte da sua reputação pelo cheiro.

Dos 47 terpenoides medidos pela equipa, 24 aumentaram. Os maiores saltos foram ambos superiores a dez vezes.

O linalol, composto associado a notas doces e florais nos morangos, subiu de forma acentuada.

Já o α-pineno, que pode conferir um lado resinoso, tipo aguarrás, a bagas de qualidade inferior, desceu de forma notória.

Trabalho anterior em tomateiro tinha mostrado que é possível elevar o linalol através de engenharia metabólica, mas apenas no aroma - não nos pigmentos. Aqui, a equipa conseguiu os dois efeitos, e a partir de um único gene.

Uma via biológica escondida

Os investigadores esperavam que a cascata passasse pela sinalização clássica das citocininas, mas não foi isso que se verificou.

Se essa via tivesse sido a principal, deveria ter activado determinados genes marcadores - aqueles que costumam aumentar sempre que as hormonas citocininas entram em acção.

No entanto, quando a equipa os mediu, esses marcadores desceram em vez de subir.

Assim, seja o que for que o FveIPT2 esteja a fazer, a via hormonal convencional poderá não ser o motor central do fenómeno.

A função “principal” do gene está ligada à manutenção básica da célula, incluindo o ajuste de moléculas que ajudam as células a fabricar proteínas.

Esse papel housekeeping pode estar a orientar a química do fruto por um mecanismo que contorna por completo a sinalização hormonal padrão.

Para lá do morango-silvestre

Os ensaios foram feitos com morango-silvestre, uma planta-modelo seleccionada para uso em laboratório, e não para campos comerciais.

Ainda não se sabe se o mesmo efeito se verifica noutras variedades comerciais.

Também permanece por esclarecer como, ao certo, o FveIPT2 desencadeia as alterações químicas.

A equipa excluiu a via hormonal mais óbvia, mas ainda não identificou o que está a conduzir o efeito no seu conjunto.

Uma alavanca genética diferente

Pela primeira vez, mostrou-se que um gene housekeeping deste tipo consegue melhorar a química do fruto sem prejudicar a planta.

“By targeting a tRNA-type gene rather than classical hormone regulators, we were able to improve fruit color, aroma, and nutritional compounds without the growth penalties that often accompany metabolic engineering,” said Gan.

Isto dá aos melhoradores uma nova alavanca. Programas de morango que procuram cor mais escura, aroma mais rico e mais antioxidantes já não precisam de aceitar uma quebra de produtividade como contrapartida.

Se genes semelhantes actuarem do mesmo modo em maçã, pêssego ou uva, o conjunto de ferramentas aumenta de forma considerável.

Genes antes descartados podem afinal revelar-se dos alvos de melhoramento mais valiosos que a ciência dos frutos ainda não explorou a fundo.