Cientistas chineses decifram o enigma do "casamento" entre o arroz asiático e o arroz africano, pondo fim a décadas de desafio na área de melhoramento genético

De acordo com pt.wedoany.com-Por que os descendentes do cruzamento entre o arroz cultivado asiático e o arroz cultivado africano apresentam grande abortamento de pólen, com espigas chochas e escassas? Esse enigma que afligiu a área de melhoramento genético por décadas foi desvendado com a publicação on-line, no dia 28, de um importante artigo na revista acadêmica internacional Science — a equipe de pesquisa liderada por Wan Jianmin, acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia, descobriu, em plantas híbridas do cruzamento entre o arroz cultivado asiático e o arroz cultivado africano, um sistema preciso de conflito genético composto por três genes, que causa o abortamento do pólen do arroz. Esta é a primeira vez que se revela o mecanismo molecular do isolamento reprodutivo entre essas duas espécies de arroz, fornecendo uma base teórica importante e recursos de germoplasma para o desenvolvimento de novas variedades de arroz híbrido asiático-africano de altíssima produtividade.

Na "família" do arroz, apenas o arroz cultivado asiático e o arroz cultivado africano foram domesticados e cultivados pelo homem. Os cientistas esperam que essas duas espécies de arroz se "casem" para desenvolver novas variedades de arroz que sejam ao mesmo tempo produtivas e "resistentes". No entanto, os descendentes do cruzamento entre o arroz asiático e o arroz africano apresentam viabilidade polínica extremamente baixa e uma queda acentuada na taxa de pegamento de grãos, bloqueando a troca e a recombinação de genes superiores e o aproveitamento do vigor híbrido interespecífico.

O que exatamente causa o "1+1<2"? Após 18 anos de pesquisa, a equipe elucidou o mecanismo molecular do locus genético RHS3 no cromossomo 3 em plantas híbridas do cruzamento entre o arroz asiático e o arroz africano.

Fenótipos de planta, pólen e espiguetas do arroz cultivado asiático, do arroz cultivado africano e de seu híbrido F₁. Imagem fornecida pela equipe de pesquisa.

He Xiaodong, doutorando da Universidade Agrícola de Nanjing e primeiro autor coautor do artigo, explicou que o locus RHS3 é composto pelos genes ORF10, ORF16 e ORF4, que formam um sistema de conflito genético. Entre eles, a proteína codificada por ORF10 age como uma "lança", destruindo as mitocôndrias que fornecem energia ao arroz e matando o pólen; a proteína codificada por ORF16 age como um "escudo", que interage com a "lança", neutralizando seu poder letal e protegendo o desenvolvimento normal do saco embrionário e do pólen; a proteína codificada por ORF4 age como uma "armadura", funcionando como um receptor de autofagia seletiva específico de plantas, que, ao interagir com o "escudo", forma um complexo "lança-escudo-armadura", enviando a "lança" para o "centro de reciclagem" da célula — o autofagossomo — para degradação, protegendo assim especificamente o saco embrionário.

Vale destacar que o arroz cultivado africano possui o conjunto completo de "lança-escudo-armadura", enquanto o arroz cultivado asiático possui apenas uma "armadura". Isso faz com que os descendentes do cruzamento produzam dois tipos de pólen: um que herda o conjunto completo de "lança-escudo-armadura" e permanece intacto; outro que herda apenas a "armadura", sem o "escudo", sendo atacado pela "lança" e sofrendo abortamento, resultando, em última análise, em semi-esterilidade do pólen híbrido.

"Esta descoberta revela, pela primeira vez, o mecanismo molecular pelo qual a autofagia seletiva participa do isolamento reprodutivo interespecífico em plantas, ou seja, ORF4 é um receptor de autofagia seletiva específico de plantas que pode induzir diretamente a degradação autofágica de ORF10, regulando assim o isolamento reprodutivo interespecífico", afirmou Wang Chaolong, professor da Universidade Agrícola de Nanjing e coautor correspondente do artigo.

Mais importante ainda, a equipe de pesquisa identificou um germoplasma de ampla compatibilidade no qual o "escudo" é funcional, mas a "lança" está inativa. Esse tipo de germoplasma, ao ser cruzado separadamente com o arroz cultivado asiático e com o arroz cultivado africano, consegue superar efetivamente o problema de redução da fertilidade causado pelo locus RHS3. Isso significa que os cientistas encontraram uma "chave" para quebrar o isolamento reprodutivo, fornecendo um caminho técnico e recursos de germoplasma para aproveitar o vigor híbrido de cruzamentos distantes entre o arroz asiático e o africano.

Wan Jianmin afirmou que, no próximo passo, a equipe se concentrará em pesquisas aprofundadas sobre múltiplos loci de semi-esterilidade híbrida no arroz, buscando desenvolver o mais rápido possível novas variedades de arroz de cruzamento distante de altíssima produtividade que possam ser colocadas em produção.