Introdução à Genética
Engenharia genética em plantas
A origem bacteriana da replicação é diferente das origens eucarióticas e,
assim, os plasmídios bacterianos não replicam em leveduras. Portanto, o único modo pelo qual os referidos vetores podem gerar um genótipo modificado estável é se eles estiverem integrados ao cromossomo da levedura.
Engenharia genética em plantas
A tecnologia do DNA recombinante introduziu uma nova dimensão ao esforço de desenvolver variedades de cultivos melhores. A diversidade genética deixou de ser conquistada somente por meio da seleção de variantes de uma determinada espécie. Atualmente, pode-se introduzir o DNA de outras espécies de plantas, animais, ou até mesmo bactérias, produzindo organismos geneticamente modificados (OGM). As modificações do genoma que se tornaram possíveis por meio dessa tecnologia são quase ilimitadas. Em resposta às novas possibilidades, uma parcela do público expressou a preocupação de que a introdução de OGM nos suprimentos alimentares possa produzir problemas de saúde inesperados. A preocupação a respeito dos OGM é uma faceta de um debate público em andamento a respeito de complexas questões de saúde pública, segurança, ética e questões educacionais originadas pelas novas tecnologias genéticas.
FIGURA 10.22 A. Quatro modos diferentes de introduzir um DNA exógeno em uma célula. B. Um disparador de genes. (B. Matt Meadows/Getty Images.)
FIGURA 10.23 + Um plasmídio que contém um alelo ativo (gene X) se insere em uma linhagem de levedura receptora que contém um gene defeituoso ( — X) por meio de recombinação homóloga. O resultado pode ser a substituição do gene defeituoso — X pelo X + (parte superior) ou a sua retenção juntamente com o novo alelo (parte inferior). O sítio mutante do gene — X é representado como uma barra preta vertical. Crossovers únicos na posição 2 também são possíveis, mas não estão demonstrados.
Um vetor rotineiramente utilizado para produzir plantas transgênicas é
derivado do plasmídio Ti, um plasmídio natural de uma bactéria do solo denominada Agrobacterium tumefaciens. Essa bactéria causa o que é conhecido como doença galha da coroa, na qual a planta produz crescimentos descontrolados, denominados tumores ou galhas. A base para a produção de tumor é um grande (200 kb) plasmídio de DNA circular — o plasmídio Ti (indutor de tumor). Quando a bactéria infecta uma célula da planta, uma parte do plasmídio Ti é transferida e inserida, aparentemente
mais ou menos de modo aleatório, no genoma da planta hospedeira (Figura
10.24). A região do plasmídio Ti que se insere na planta hospedeira é denominada T-DNA, em referência ao DNA de transferência. Os genes cujos produtos catalisam essa transferência do T-DNA estão localizados em uma região do plasmídio Ti separada da própria região do T-DNA.
O comportamento natural do plasmídio Ti torna-o bem-adequado para o
papel de um vetor para a engenharia genética em plantas. Em particular, qualquer DNA que seja inserido entre as sequências de bordas de T-DNA (extremidades de 24 pb) pode ser mobilizado por outras funções proporcionadas pelo plasmídio Ti e inserido em cromossomos de plantas. Portanto, os cientistas foram capazes de eliminar toda a sequência de T-DNA entre as bordas (incluindo os genes que causam tumores) e substituí-la pelo(s) gene(s) de interesse e por um marcador selecionável (p. ex., resistência à canamicina). Um método para introduzir o T-DNA no genoma
da planta está demonstrado na Figura 10.25. Bactérias que contêm esse T-DNA e outras que contêm T-DNA similares modificados por engenharia genética são utilizadas para infectar segmentos cortados de tecido vegetal, tais como discos de folhas perfuradas. Se os discos de folhas forem colocados em um meio contendo canamicina, apenas as células da planta que adquiriram o gene kanR modificado por engenharia genética no T-DNA sofrerão divisão celular. As células transformadas crescem em um aglomerado, ou calo, que pode ser induzido a formar brotos e raízes. Esses calos são transferidos para o solo, onde podem se desenvolver em plantas transgênicas. Tipicamente, apenas uma cópia única da região do T-DNA se insere no genoma de uma determinada planta, onde ele se segrega na
meiose como um alelo mendeliano regular (Figura 10.26). A presença do inserto pode ser verificada por meio da triagem do tecido transgênico em relação a marcadores genéticos transgênicos ou por meio da triagem do DNA purificado com uma sonda de T-DNA em uma hibridização por Southern.
Plantas transgênicas que carregam qualquer um de uma diversidade de
genes exógenos estão em uso atualmente, incluindo plantas de cultivo que carregam genes que conferem resistência a determinadas pragas bacterianas ou fúngicas, e muitas mais estão em desenvolvimento. Não apenas as qualidades das próprias plantas estão sendo manipuladas, mas, assim como os microrganismos, as plantas também estão sendo utilizadas como “fábricas” convenientes para produzir proteínas codificadas por genes exógenos.
FIGURA 10.24 Representação simplificada das principais regiões do plasmídio Ti de A. tumefaciens contendo um T-DNA modificado por engenharia genética.
FIGURA 10.25 A inserção de T-DNA nos cromossomos de uma planta. A incubação de discos de folhas com a bactéria A. tumefaciens contendo um T-DNA modificado por engenharia genética leva às células das folhas com o T-DNA em seu genoma, que são capazes de crescer em placas de ágar e que podem ser induzidas a se diferenciarem em plantas do tabaco transgênicas.