Fazendas urbanas utilizam técnica CRISPR para sua expansão

O impacto do crescimento populacional, mudanças climáticas e redução de recursos ambientais incentivam a busca por alternativas eficientes e sustentáveis para a produção de alimentos.

Neste cenário, as chamadas fazendas urbanas vêm ganhando cada vez mais espaço no setor agrícola. E para impulsionar esse setor, o sistema CRISPR é uma ferramenta essencial.

O que é uma fazenda urbana?

Fazendas urbanas, como o próprio nome diz, são fazendas localizadas dentro das cidades. Em função da área limitada desses centros, essas produções ocorrem em espaços menores como jardins de casas, coberturas de prédios ou nas chamadas fazendas verticais onde as culturas são produzidas em camadas empilhadas verticalmente.

No campo ou na cidade, um dos principais objetivos da agricultura é a alta produtividade. Ou seja, plantas que produzem mais em uma área menor. Para que esses resultados sejam alcançados nas fazendas verticais, os produtores investem em recursos modernos de infraestrutura. 

Algumas fazendas contam, por exemplo, com ambientes herméticos em que todos os fatores ambientais são controlados como iluminação, temperatura, umidade e fertirrigação (técnica de adubação que utiliza a água de irrigação). Essa é a chamada agricultura urbana comercial de alta performance.

Fazendas verticais: menos espaço e mais frescor

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Produção de alimento sustentável na fazenda urbana

Ainda que o investimento inicial de infraestrutura seja alto, as fazendas urbanas tendem a ser bastante sustentáveis, promovendo o reaproveitamento de espaço, água e insumos. A aquaponia por exemplo, combina a produção de peixes e vegetais no sistema hidropônico.

A agricultura urbana é uma estratégia promissora para trazer a produção de alimentos para perto da sociedade e para suprir a demanda de alimentos nas grandes cidades.

No entanto, o espaço reduzido é um problema a ser solucionado. Para obter uma boa produtividade e eficiência, as variedades de cultura produzidas nessas fazendas devem, preferencialmente, possuir ciclo rápido de safra e serem compactas. 

Razão pela qual, atualmente, a grande maioria das fazendas urbanas cultivam vegetais folhosos como alface e couve. Por outro lado, devido ao interesse de se produzir outras variedades de legumes e frutas, ferramentas de biotecnologia, como a CRISPR, têm sido utilizadas no desenvolvimento de plantas adaptadas a pequenas áreas. 

Biotecnologia é fundamental para expandir as fazendas urbanas

A CRISPR é uma das ferramentas biotecnológicas de maior importância na ciência dos últimos tempos. Essa tecnologia permite o melhoramento genético de plantas por meio da edição precisa de genes.

CRISPR: A surpreendente técnica de edição genética

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O melhoramento genético é responsável por desenvolver novas características em espécies vegetais, por meio do estudo e seleção de genes. O objetivo é produzir cultivares adaptadas a diferentes condições ambientais.

Esse processo pode ocorrer por meio de diferentes estratégias que incluem: melhoramento genético clássico, seleção de mutantes induzidos por compostos químicos ou radiação e transformação genética.

A CRISPR é uma tecnologia de edição genética que permite modificar genes de forma precisa, acelerando o processo de melhoramento genético, ou seja, produzindo cultivares em um menor espaço de tempo.

Fazendas urbanas serão beneficiadas pela CRISPR

O tomate é uma das principais hortaliças/frutas do Brasil e tem lugar certo na mesa de milhões de pessoas. O que muitos não sabem é que esse alimento é de difícil produção, pois é sensível a diversos fatores abióticos e bióticos. 

Sua criação em fazendas urbanas é uma oportunidade para evitar ventos, granizo, chuvas e pragas que causam danos a essa cultura. No entanto, são plantas que precisam de espaço, um desafio que precisa ser superado.

Para solucionar esse problema, o cientista Zachary Lippman, da Cold Spring Harbor Laboratory, com a colaboração de pesquisadores dos Estados Unidos, Israel, Coreia e Alemanha, realizaram a edição genética de genes no tomate.  O estudo foi publicado na revista científica Nature.

O grupo de pesquisadores mostrou que a alteração de três genes resulta em plantas de tomate compactas e com desenvolvimento de frutos em menor tempo (produção precoce). Dentre as variedades de tomate editadas, a que demonstrou os resultados mais interessantes foi a do tomate cereja “Sweet100”.

No entanto, os pesquisadores mostraram que a edição genética também pode apresentar os mesmos resultados em outras espécies de plantas, como fisílis, pimentas, pepino e kiwi.

Melhoramento da variedade Sweet 100: os genes editados

O tomate é uma planta simpodial, que produz continuamente novos ramos resultando em uma planta com arquitetura “indeterminada”, ou seja, ela nunca para de crescer. Essa característica é regulada por mecanismos genéticos que controlam a floração. 

O gene SP (Self-pruning) faz parte desse processo e é responsável por inibi-lo. A perda da função do gene SP leva a um brotamento mais rápido, resultando em uma planta com arquitetura densa e “determinada”. 

Além disso, baseado na informação de que as plantas evoluíram para que sua floração fosse desencadeada por mudanças sazonais pela duração dos dias, foi observado que a perda da sensibilidade do fotoperíodo em tomates é determinada pelo gene SP5G.  

A perda da função do gene SP5G acelera o florescimento e gera plantas mais compactas. Plantas com os genes SP e SP5G editados já se apresentavam mais compactas mas, para obter plantas ainda menores o gene SlER, que regula o comprimento do caule, também foi editado. 

Com isso, a edição dos genes SP, SP5G e SlER por CRISPR-cas9 resultando na perda de suas funções, gerou plantas super compactas com aglomerado de frutos e boa produtividade.

O desempenho do Sweet 100 nas fazendas urbanas

A variedade Sweet100 com os três genes editados teve seu desempenho avaliado em campo aberto e em condições de fazendas urbanas. O resultado mostrou um bom desempenho, produzindo seus primeiros frutos maduros em até quarenta dias. 

Embora tenha apresentado frutos reduzidos e em menor número em relação a não editada geneticamente, seu menor tamanho permite o cultivo de mais plantas por área mantendo a produtividade em um espaço de crescimento limitado. 

A abordagem baseada em gerar genes com perda de função, através da tecnologia CRISPR utilizada neste trabalho, permite a obtenção rápida de culturas de frutos e legumes com os parâmetros agronômicos mais desafiadores da agricultura urbana: ciclagem rápida e tamanho compacto da planta.

Obter variedades com estas características oportuniza a agricultura urbana, fornecendo com maior rapidez e sustentabilidade diferentes alimentos para a população urbana. 

Principais fontes:

Kwon, C. et al. Rapid customization of Solanaceae fruit crops for urban agriculture. Nature biotechnology, 2019.