Plantas mais produtivas e nutritivas, resistentes a pragas e preparadas para os desafios ambientais, surgem com o uso da biotecnologia e da engenharia genética

As mudanças climáticas e a necessidade de garantir a segurança alimentar global estabeleceram um novo cenário para a produção agrícola no século XXI. Aliada à ciência, a agricultura se volta à regeneração do meio ambiente e traz melhorias à saúde humana. Inserido nesse contexto inovador, o Laboratório de Biologia Molecular de Plantas da Universidade Federal do Rio de Janeiro (LBMP/UFRJ) está entre os pioneiros no mundo a desenvolver tecnologia para aumentar a produtividade e a resiliência de grandes culturas agrícolas brasileiras, como soja, milho, algodão e cana de açúcar.

O LBMP está vinculado ao Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis (IBqM) e é coordenado pela geneticista Adriana Hemerly, que há mais de 30 anos investiga a capacidade de adaptação de uma planta a todo tipo de estresse do ambiente, de pragas à escassez de água. O trabalho começou junto com o pesquisador Paulo Ferreira, falecido em 2020, com quem ela era casada.

“A gente investigava como as plantas saudáveis sobreviviam ao estresse ambiental, como elas modulam o crescimento para se adaptar. Avançamos muito ao descobrir, naquelas de melhor performance, que, ao multiplicarem as células, havia o que chamamos de redes genéticas, nas quais alguns genes-mestres coordenam todo esse processo. A atividade regulatória desses genes ativa a divisão celular, com o controle do crescimento e de gasto energético para essa tarefa”, explicou a cientista.

Com o tempo, os pesquisadores passaram a utilizar engenharia genética e  biotecnologia como métodos de manipulação molecular para a otimização do crescimento vegetal. A pesquisa envolveu análises genéticas e experimentos em laboratório, onde os cientistas avaliaram como as plantas se comportam em diferentes condições ambientais e como interagem com bactérias benéficas que ajudam na absorção de nutrientes.

Para Hemerly, foi uma resposta da ciência à demanda por uma agricultura que precisa se adaptar a um clima em transformação e é capaz de estimular alterações benéficas na composição do solo. “Além disso, ao concentrar mais energia no crescimento, as plantas são capazes de produzir sementes com mais proteínas e, consequentemente, mais nutritivas. Também sequestram mais CO2 da atmosfera e aumentam a produção de biomassa nas raízes e nas folhagens”, afirmou.

Ao verificar quais mecanismos dentro da planta determinam seu crescimento e produtividade, os cientistas identificaram dois genes-mestres com atuação destacada: o AIP10 e o APC7. Eles conseguiram ajustar o funcionamento de ambos, que são ligados ao desenvolvimento, para que as plantas crescessem e produzissem mais e tivessem melhor aproveitamento dos recursos naturais disponíveis.

Em testes realizados em ambientes controlados, como casas de vegetação, os pesquisadores conseguiram obter 105% de aumento de flores de algodão e elevar em 60% a produtividade de sementes de soja. Em relação ao milho, houve 40% de aumento na captação de CO2, 25% de aumento na eficiência de uso da água e 16%  de crescimento na biomassa foliar, que indica a produtividade.

Patente Internacional

Dois grandes problemas da agricultura foram solucionados com as inovações tecnológicas do LBMP. O primeiro era que mecanismos de sobrevivência das plantas à seca costumavam acarretar uma severa penalidade no crescimento e no rendimento de grãos (fenômeno conhecido como yield drag) e o outro era a dependência de uso massivo de defensivos e fertilizantes químicos para proteger a produtividade. As alterações genéticas permitem que as plantas se tornem mais eficientes na captação de água e outros nutrientes do solo, além de ativarem mecanismos de defesa que bloqueiam a replicação viral.

As descobertas permitiram o registro único no Tratado de Cooperação em Matéria de Patentes (PCT, do inglês Patent Cooperation Treaty) pelo Núcleo de Inovação Tecnológica da UFRJ, o InovaUFRJ. A iniciativa gerou efeitos de pedido nacional em diversos países signatários da União Europeia, China, Estados Unidos, Índia, África do Sul e México. Uma empresa estadunidense especialista no cultivo de soja já licenciou uma delas.

A estimativa é de que a tecnologia chegue ao campo em dois ou três anos, após passar pela avaliação da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança, responsável por garantir a segurança de organismos geneticamente modificados no Brasil. De acordo com Adriana Hemerly, esses dois genes mestres estão presentes em todas as espécies vegetais, ampliando a abrangência da aplicação dessas tecnologias na agricultura. Outro benefício é que as sementes podem originar novas gerações após os primeiros cultivos.

“Esses trabalhos desenvolveram plantas capazes de beneficiar: o solo, ao interagir com bactérias que o tornam mais rico; o ar, ao sequestrar gás carbônico da atmosfera; e o ser humano, pois os produtos agrícolas são mais nutritivos e usam menos pesticidas, reduzindo os custos com fertilizantes. A nossa meta é desenvolver uma agricultura mais eficiente e regenerativa, com plantas mais resistentes, produtivas e prontas para os atuais desafios ambientais”, conclui a cientista.

Com investimentos da Faperj, do CNPq, da FINEP e da Capes, o estudo oferece mais que respostas isoladas a problemas agrícolas crônicos. As novas patentes representam a vanguarda da soberania tecnológica nacional em seedtech, convertendo ciência básica de excelência desenvolvida em uma universidade pública brasileira em soluções tangíveis para mitigar os impactos climáticos na agricultura e impulsionar a biotecnologia no mundo.