O que são bancos de germoplasma?

Bancos de germoplasma são lugares que conservam materiais genéticos de uma ou mais espécies de animais, vegetais e microrganismos. 

Os materiais armazenados são considerados recursos genéticos. Assim como existem recursos energéticos (como o petróleo, o sol, o vento), recursos hídricos (rios e lagos) e recursos minerais (calcário, ferro, cobre), as plantas representam os nossos recursos genéticos vegetais.

A manutenção segura desses recursos genéticos vegetais é feita, em parte, pelos bancos de germoplasma.

Por que guardar os recursos genéticos? 

Os recursos genéticos vegetais fazem parte da biodiversidade. Por isso, a sua preservação é considerada um bem essencial para as gerações atuais e futuras.

Se pensarmos que os materiais genéticos representam a verdadeira identidade de cada ser vivo, eles reúnem um patrimônio de informações. Portanto, a manutenção das plantas em bancos de germoplasma podem ser consideradas bases valiosas para evitarmos problemas como fome e pobreza. 

São informações biológicas que se traduzem em grandes benefícios humanitários. Afinal, a genética das plantas cultivadas é traduzida em vegetais que conseguem se desenvolver num determinado país e resultam em alimento para a população. 

Além disso, os recursos genéticos guardam genes de grande importância para o melhoramento de plantas. A partir deles é possível desenvolver plantas mais produtivas e adaptadas, a fim de atender às necessidades dos agricultores e do mercado.

Os bancos de germoplasma seguem uma organização própria, conforme pode-se observar na imagem acima. Fazendo uma comparação, é como se tivéssemos um álbum de fotos com muitas pastas. E dentro dessas pastas diversas fotografias, nos mais variados ângulos. O álbum equivale ao banco de germoplasma, as pastas são as espécies que estão ali guardadas e as fotos representam os diferentes materiais genéticos (que são chamados de acessos).

No caso das plantas, essa conservação pode ser feita na forma de sementes (ex situ), congeladas, ou mantidas em laboratórios (in vitro) e até mesmo com amostras vivas no campo (in situ).

Dessa forma, os pesquisadores conseguem não só proteger a diversidade genética dos organismos vivos, mas também podem acessar esse material e utilizá-lo nos experimentos de melhoramento genético de plantas.

Bancos de germoplasma: uma estratégia de preservação

O Brasil é o país da megadiversidade, contando com cerca de 20% das espécies de seres vivos existentes na Terra. No entanto, as mudanças climáticas, aumento da população, expansão dos centros urbanos e práticas de manejo não sustentáveis são grandes ameaças à biodiversidade. 

Para plantas cultivadas e melhoradas, os bancos de germoplasma armazenam espécies ancestrais que, muitas vezes, guardam características não encontradas nas espécies presentes nas lavouras atuais. 

Pode-se resgatar essa informação diante de algum problema do campo. Por exemplo, a resistência a alguma doença ou maior tolerância à seca ou ao frio. Sem falar que o estudo da diversidade contida no banco de germoplasma é essencial para o desenvolvimento de cultivares mais tecnológicas e produtivas.

Para atender a essas demandas, os bancos de germoplasma reúnem diferentes tipos de coleções. São chamadas de coleções porque nelas existem variedades de uma mesma espécie de planta. Na prática, seria como se tivéssemos uma coleção de chaveiros, por exemplo.

Coleção base

Nessa coleção, existem chaveiros com temas de todos os estados brasileiros, chaveiros antigos, herdados de pais e avós, e junto, chaveiros temáticos de cada país do globo. Mas, para termos a segurança de que nenhum irá se perder, todos os chaveiros têm mais de uma cópia. Temos assim, uma coleção diversificada e representativa. Essa seria a “coleção base”.

Reúne o máximo de variabilidade possível de uma espécie. Nela estão presentes os parentais selvagens, genótipos de outros países, cultivares e genótipos elite (material genético muito favorável). A coleção base serve para a conservação a longo prazo do material vegetal.

Planta elite: é aquela variedade vegetal que reúne muitas características desejáveis, como alta produtividade, tolerância a pragas e doenças, possibilitando seu crescimento em diferentes regiões.

 

Coleção nuclear e de trabalho

Para organizar essa exposição em uma estante, por exemplo, não é preciso ter mais de uma cópia de cada chaveiro, seria até inviável. É possível apresentar somente o núcleo dessa coleção, com uma unidade de cada chaveiro. Comparando com as coleções de plantas, essa seria a “coleção nuclear”. 

• Coleção nuclear: é uma versão menor da coleção base. Nela temos um número reduzido de espécies, onde se eliminam os materiais genéticos duplicados.

Com tantos chaveiros, precisamos escolher os melhores e mais bonitos na hora de utilizarmos num molho de chaves. Essa é a “coleção de trabalho”.

• Coleção de trabalho (ou do melhorista): composta por amostras de cultivares elite. É a principal fonte de genes para o desenvolvimento do melhoramento genético.

Banco ativo de germoplasma

Voltando para nossa analogia com os chaveiros, imagine que a cada chaveiro que a nossa personagem comprava para si, escolhia um igual para seu sobrinho.  Com isso, o sobrinho passou a ter uma coleção quase igual a coleção base (a coleção da tia).

Porém, os chaveiros de herança da família e os outros herdados pela nossa personagem, não constam na coleção do sobrinho. Por isso, essa coleção possui um menor número de chaveiros, ainda que todos os chaveiros que ele possui são idênticos aos da coleção maior, a coleção base. Comparando com as coleções do banco de germoplasma, o sobrinho tem uma coleção que seria equivalente ao “Banco Ativo de Germoplasma (BAG)”.

• Banco ativo de germoplasma (BAG): tem menos materiais genéticos, quando comparado à coleção base, porém, todos oriundos dela. O BAG tem a função de facilitar a organização e a distribuição de materiais genéticos para os melhoristas e instituições interessadas. Utilizam-se as amostras do BAG para avaliação, caracterização, documentação e intercâmbio de recursos genéticos.

Nesse contexto, os bancos de germoplasma são parte fundamental para impedir possíveis perdas de recursos genéticos bem como a extinção de espécies. As principais atividades de um banco de germoplasma são a coleta, preservação, caracterização, documentação, avaliação e intercâmbio dos materiais.

Regulamentação e uso do material genético

Os materiais genéticos armazenados podem ser intercambiados entre instituições públicas e privadas, nacionais e internacionais. Realiza-se essa permuta entre a instituição que possui o material genético e a requerente.

O intercâmbio é muito importante para a ampliação do conhecimento e diversidade das culturas agrícolas. Afinal, essas culturas são essenciais na nossa alimentação, vestuário, energia e outros setores econômicos do país. No entanto, mais de 80% das culturas produzidas no Brasil não são nativas, ou seja, foram trazidas para cá em algum período da história.

Mas, não pense que se você encontrar uma planta bonita em algum lugar, poderá simplesmente carregá-la consigo. Esse ato é extremamente perigoso, pois pode colocar em risco o meio ambiente ao trazer pragas e doenças que muitas vezes não são visíveis a olho nu.

Para evitar esses problemas, existe uma série de leis e políticas, programas e diretrizes nacionais e internacionais que estão relacionadas ao tema recursos genéticos. No Brasil, quem fiscaliza esse intercâmbio é o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) e o Ministério do Meio Ambiente (MMA) estabelece a regulamentação.

Inclusive, existe um Conselho de Gestão do Patrimônio Genético (CGEN) coordenado pelo MMA, que é responsável pela autorização do acesso ao patrimônio genético ou às informações sobre esses materiais.

Essa autorização é necessária para qualquer instituição nacional, pública ou privada, realizar pesquisa e desenvolvimento nas áreas biológicas e afins. Também é necessária no intercâmbio dos materiais. 

Ações como essas são essenciais, visto que os bancos de germoplasma ocupam o papel de guardiões da variabilidade genética. Essa atuação garante a segurança alimentar não só no Brasil como em todo o mundo. Afinal, existe uma relação muito clara entre o germoplasma e a produção de alimentos. 

Bancos de germoplasma no mundo

O mais importante banco de germoplasma do mundo fica na Noruega, e se chama Svalbard Global Seed Vault. É um banco mundial de sementes que armazena espécies de plantas de quase todos os países.

Construído para ser um cofre de segurança dos bancos de germoplasma de todo o planeta. Está geograficamente posicionado sob o gelo permanente das montanhas em Svalbard (um conjunto de ilhas do território ártico norueguês), onde a temperatura fica em torno de – 18oC. 

Na arquitetura, o banco parece um caixa forte subterrâneo, capaz de resistir às catástrofes climáticas e explosões nucleares. Nas imagens abaixo pode-se observar a estrutura da edificação do banco.

Atualmente são guardadas sementes de mais de 5 mil espécies de plantas, mas tem capacidade de armazenamento de 4,5 milhões de variedades. Entre as sementes armazenadas encontramos arroz, trigo (mais de 150 mil amostras de cada) e cevada (80 mil amostras), representando o maior número de variedades conservadas no banco. 

Além desse, existem grandes bancos de germoplasma de referência nos centros internacionais de pesquisa: 

• Centro Internacional de Melhoramento de Milho e Trigo (CIMMYT);
• Instituto Internacional de Pesquisa do Arroz (IRRI);
• Centro Internacional de Pesquisa Agrícola nas Áreas Secas (ICARDA);
• Instituto Internacional de Pesquisa de Cultivos para os Trópicos Semi-Áridos (ICRISAT);
• Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT).

No Brasil, o maior banco de germoplasma existente fica na Embrapa Cenargen/Recursos Genéticos, localizado em Brasília-DF. O Banco Genético, como é chamado, conta com 153.163 materiais vegetais, 56.812 microrganismos e 17.069 representantes de animais preservados.

Existem bancos de germoplasma menores, de uma espécie ou de um grupo de espécies. Um exemplo é o Banco de Germoplasma de Citros, localizado no Centro de Citricultura ‘Sylvio Moreira’- Instituo Agronômico de Campinas (IAC), em Cordeirópolis-SP.

O BAG Citros possui mais de 1700 genótipos de citros e gêneros relacionados e é considerado um dos mais importantes do mundo. 

Biodiversidade do fundo do mar

As algas marinhas são organismos essenciais no aquecimento global, pois atuam como os principais organismos relacionados à diminuição de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, e fornecem oxigênio no ambiente. Além disso, o mercado das algas movimenta 11 bilhões de dólares, na indústria de alimentos, ração animal e fertilizantes.

Hoje, obtêm-se mais de 200 espécies de algas marinhas na natureza para várias indústrias, porém cultivam apenas 12 espécies comercialmente. O cultivo de tão poucas espécies é um motivo de preocupação, considerando que a diversidade de espécies é muito grande (72.500 a 170.000 espécies). 

E o ponto crítico é que os bancos de germoplasma não contemplam a diversidade encontrada nas algas. 

O Brasil possui um banco de germoplasma de algas marinhas, localizado no Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo-USP. Nesse banco estão 50 amostras de algas de 13 espécies diferentes, coletadas no país e em outros lugares do mundo. 

Diante do uso e potencial econômico das algas, o alerta é para a necessidade da construção de uma rede global de bancos, visando aumentar a diversificação de espécies. Esse esforço é vital para a segurança alimentar, indústria e especialmente para a ecologia do planeta.

Evolução e manutenção dos bancos de germoplasma

Desde o começo da década de 1970 houve uma crescente preocupação sobre a necessidade de se preservar recursos genéticos das plantas. Com isso, adotaram-se algumas estratégias de conservação para organizar e manter a variabilidade genética das plantas.

Uma delas era a manutenção de espécies no seu local de origem (in situ), em reservas biológicas, parques nacionais, florestas nacionais, áreas de proteção ambiental e reservas extrativistas. Locais que ainda hoje mantém grande parte das espécies conservadas.

Em paralelo, as instituições de pesquisa começaram a armazenar sementes das plantas nativas e cultivadas. Realizou-se esse armazenamento em câmaras frias e ambientes controlados.

No entanto, algumas plantas não possuem sementes que possam ter conservação por longos períodos. 

Com o avanço das pesquisas em cultura de tecidos e biologia molecular, as estratégias de conservação de germoplasma foram mudando. Foi possível também conservar as plantas in vitro, ou seja, em frascos com pedaços do vegetal em um ambiente controlado e nutritivo.

Além da cultura de tecidos, o estudo mais detalhado do DNA das espécies, pelo sequenciamento de genomas e estudo de genes específicos, representam estratégias valiosas para a conservação de informações sobre as espécies agrícolas.

Esses estudos permitem caracterizar os recursos genéticos disponíveis dentro dos bancos de germoplasma e identificar, de forma mais prática, aqueles acessos com genes de interesse.  Assim, poderão utilizar no melhoramento genético de cultivares, as plantas que contêm os genes para determinadas características.

Desafios futuros na conservação de recursos genéticos

Atualmente, novas tecnologias de preservação das espécies vegetais estão sendo desenvolvidas. A criopreservação, técnica já utilizada em bancos de germoplasma animal, vem sendo estudada e aplicada para as espécies vegetais com sucesso.

À medida que o mundo corre para atingir as metas de desenvolvimento sustentável e enfrentar as mudanças climáticas, será vital que a pesquisa e a diversidade dos bancos de germoplasma trabalhem juntos. Precisaremos contar com todos os recursos para combater a desnutrição, enfrentar os desafios de plantar em condições adversas e, finalmente, alimentar o mundo.

Principais fontes:

Alencar, G. Bancos de germoplasma: o uso do patrimônio genético no desenvolvimento de novas variedades de hortaliças. Hortaliças em revista. 2019.

Wade, R. et al. Macroalgal germplasm banking for conservation, food security, and industry. PLoS Biol. 2020.