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Cacau é melhorado geneticamente pela biotecnologia

Que o cacau é o principal componente na produção do chocolate, provavelmente você já sabe, mas você sabia que a biotecnologia é uma ferramenta que pode auxiliar  o cacaueiro a superar as adversidades na plantação?

O chocolate é produzido a partir de amêndoas que são os frutos do cacaueiro. Embora existam mais de vinte espécies de cacau, apenas a Theobroma cacao é extensivamente cultivada. 

Originária da bacia do Amazonas, é uma planta tropical pertencente à família das Malvaceae. Já era apreciada e utilizada pelos antigos Maias e Astecas, que a consideravam sagrada e, daí seu nome científico: Theobroma cacao, “o alimento dos deuses”. 

É uma planta extremamente sensível a pragas, doenças, ao calor excessivo e à falta de umidade. Cresce somente em uma faixa 20 graus ao norte e 20 graus ao sul da linha do Equador. Ou seja, um ecossistema com chuvas frequentes presentes em regiões específicas nos continentes americano, africano e asiático.

Produção de cacau no mundo

Atualmente, a indústria do cacau e chocolate integra produção e consumo localizados em vários países do mundo. Embora, a maior parte do consumo do chocolate ocorra na Europa, cerca de 3/4 da produção global de cacau é proveniente da África, onde sustenta aproximadamente 40 milhões de pessoas.

A Costa do Marfim e Gana são responsáveis por mais da metade da produção de cacau do mundo, alcançando uma produção de 2,9 milhões de toneladas de amêndoas no ano de 2018. 

Nos últimos três anos, o Brasil manteve uma produção média de 229 mil toneladas do fruto, que o colocaram como o sexto maior produtor de cacau nos anos de 2016 a 2018. 

Com mais de 90% da produção nacional de cacau, os estados da Bahia e Pará revezam ano a ano o título de maiores produtores de amêndoas no País. 

No entanto a produção nacional do fruto ainda não é suficiente para atender a toda a demanda do Brasil. Precisamos importar a matéria prima do chocolate de outros países, sendo Gana o principal fornecedor.

As variedades de cacau 

Dentro da espécie T. cacao existem três variedades que são utilizadas pela indústria de chocolate: 

Cada uma dessas variedades tem suas especificidades e particularidades quanto ao aroma, sabor, produção e sensibilidades a fatores bióticos e abióticos. Por exemplo: Criollo apresenta sabor superior, mas, é pouco resistente a doenças, além de apresentar baixo vigor e produtividade. 

A maior parte do chocolate (80%) é feita a partir da variedade Forastero, mais tolerante a doenças e apresenta maior produtividade, porém com amêndoas de qualidade inferior, ou seja, de fermentação inadequada. Já Trinitário é o casamento perfeito (um híbrido) entre as duas variedades de cacau. Por um lado, é mais resistente a doenças, como o Forastero, e, por outro, oferece sabores finos e delicados, como o Criollo.

A produção de cacau é avaliada seguindo certos parâmetros de qualidade. Os principais elementos a serem levados em conta são: 

Todas estas variáveis são úteis para compradores e vendedores de cacau ao redor do mundo. No entanto, além de garantir os parâmetros de qualidade, os produtores devem se preocupar com as diversas pragas e doenças que ameaçam o desenvolvimento do cacaueiro. Características que também devem guiar e orientar os programas de melhoramento genético do cacau. 

As ameaças que afligem os produtores de cacau

Estima-se que cerca de 30% de toda a produção de cacau das zonas cacaueiras na África e Américas seja perdida pela ação de  organismos que fazem mal às plantas. 

Dentre as principais doenças que afetam a planta, podemos destacar a “vassoura de bruxa” e a “doença da vagem negra” causadas pelos fungos Crinipellis perniciosa e diferentes espécies de Phytophthora, respectivamente.

No Brasil, o fungo C. perniciosa gerou uma fortíssima redução na produção brasileira. Das 320 mil toneladas produzidas na década de 1980 sobraram apenas 190 mil na década de 1990. Atualmente a produção é de um pouco mais de 200 mil.

Além das doenças, fatores abióticos impactam fortemente a produção do cacau. Variações no clima, sejam elas de curto ou longo prazo (como, respectivamente, o El Niño e o aquecimento global), assim como a fertilidade dos solos são desafios presentes nas zonas cacaueiras.

Você sabia? Fatores abióticos são as condições físicas e químicas presentes no meio ambiente, ou seja disponibilidade de água, intensidade de luz e radiação solar, assim como a temperatura e disponibilidade de nutrientes no solo.

Como se não bastassem os fatores externos que dificultam o desenvolvimento da planta, produzir novas cultivares de cacau através do melhoramento genético, não é tão simples. Um fator limitante é o seu período juvenil, fase em que a planta não produz fruto e que pode variar entre 3 e 5 anos. 

Isto significa que os resultados obtidos a partir de qualquer melhoramento só podem ser corretamente avaliados após este período, tornando os programas de melhoramento mais caros e demorados. 

Perspectivas da biotecnologia para o cacau

O tempo de desenvolvimento por melhoramento convencional do cacaueiro retarda a avaliação de potenciais novos cultivares, especialmente em larga escala. Portanto, a biotecnologia tem um enorme potencial de mudar essa história. 

Com as técnicas empregadas na biotecnologia temos o potencial de focar no gargalo de produção de novas variedades no menor tempo possível. 

Uma alternativa que tem se apresentado viável é a “embriogênese in vitro”, também conhecida como embriogênese somática. Essa técnica caracteriza-se pelo desenvolvimento de mudas a partir de tecidos vegetativos (ou seja, não reprodutivos) de uma planta, o que garante a rápida propagação clonal das variedades.

Vários embriões somáticos, transformados de maneira estável e com seu genoma editado, já foram obtidos por transformação mediada por Agrobacterium. Atualmente, os pesquisadores estão testando a eficácia dessa abordagem em toda a planta.

Essa estratégia é interessante não apenas para a obtenção clonal de plantas em larga escala mas, também para agilizar a obtenção de variedades transgênicas ou editadas geneticamente. Para isso, é preciso conhecer a genética do cacau é necessário. 

Sequenciamento do genoma abre caminhos para o melhoramento do cacau

Sem dúvida o sequenciamento do genoma de plantas acelera os programas de melhoramento genético de plantas. Em 2017, o genoma do cacau foi sequenciado e identificamos 99% de seus genes. 

O que isso significa?

Genoma é toda a informação genética de um organismo que fica registrada no DNA, nas suas bases nitrogenadas (as letras A T, C e G). O processo de sequenciamento é realizado por equipamentos específicos (sequenciadores) que conseguem “ler” o genoma de qualquer organismo. Após essa leitura, é possível organizar todas as letras de forma que um cientista consiga identificar o início e fim de cada gene. 

Quando um genoma é identificado, os pesquisadores conseguem isolar e avaliar genes específicos. Dessa forma, é possível compreender a função de um ou mais genes. Estratégia que agora que pode ser utilizada para quase todos os genes do cacaueiro.

Com base nos dados de genoma, duas frentes principais de trabalho têm sido levantadas no melhoramento genético do cacaueiro: buscar por genes de resistência a doenças (estresse biótico) e associados a variações ambientais (estresses abióticos). 

Selecionando genes

Para identificar genes relacionados aos diferentes mecanismos de resposta ao estresse é preciso avaliar quais estão sendo ativados quando as plantas enfrentam tais condições. Com isso, é possível realizar análises computacionais e selecionar esses genes nas plantas, quando submetidas aos diferentes estresses. 

Dessa forma, foi possível identificar genes de uma família de proteínas conhecidas como “PR” que podem estar diretamente relacionadas com mecanismos de defesa da planta contra os fungos causadores da “vassoura de bruxa” e “doença da vagem negra”.  

Além dos genes PR, vale mencionar o osm1 que produz uma proteína capaz de inibir o desenvolvimento da C. perniciosa e o TcNPR3 que impediu o desenvolvimento de Phytophthora spp. No entanto, esses resultados foram observados apenas em experimentos in vitro.

Já a busca por genes relacionados ao aumento da eficiência fotossintética ou do adensamento das plantações podem resultar no aumento de produtividade frente às variações no clima sejam elas de curto ou longo prazo.

As diferentes ferramentas biotecnológicas se complementam

A disponibilidade do genoma do cacau abre portas para que seu melhoramento seja facilitado. No entanto, outras ferramentas são necessárias e precisam ser aperfeiçoadas, para que o conhecimento do genoma possa ser aplicado de forma prática. 

O uso das técnicas de cultivo do cacau in vitro e a reprodução clonal dessa espécie, permitem que em um curto período de tempo muitos genes possam ser avaliados em laboratório. Assim, a biotecnologia poderá derrubar a barreira natural que anteriormente limitava a expansão dos estudos da cacauicultura. 

Fonte:

Rodriguez-Medina, C., et al. Cacao breeding in Colombia, past, present and future. Breeding science, 2019.

Anushka, M., Dunwell, J.M. Cacao biotechnology: current status and future prospects. Plant biotechnology journal, 2018.