Plantas transgênicas: conheça os genes de tolerância a herbicidas

As plantas transgênicas com tolerância a herbicidas trazem benefícios para o meio ambiente, produtores e consumidores. Descubra a origem dos genes de tolerância introduzidos nessas culturas.

Com certeza você já ouviu falar em plantas transgênicas, tecnologias que têm sido utilizadas no Brasil há mais de 20 anos. Entre elas encontramos as culturas que apresentam tolerância a herbicidas (HT).

A soja tolerante a herbicidas (HT) é a cultura transgênica mais plantada no mundo respondendo por 35,5% do total de todos os transgênicos que estão no campo, seguida pelo milho tolerante a herbicida (HT) com 20,5% e 19,3% no milho resistente a insetos (IR: principalmente Bt). Enquanto a soja IR (também contendo tecnologia HT) ocupa 9,8% e o algodão IR 8,7%.

No Brasil, já temos mais de 56 milhões de hectares cultivados com plantas transgênicas. A primeira cultura geneticamente modificada (GM) adotada no país, uma soja tolerante ao herbicida glifosato, começou a ser plantada em 1998 e teve rápida adoção pela facilidade de manejo e possibilidade de controle de plantas invasoras com um herbicida que não era usado na soja. Atualmente, 98% da área cultivada com soja no Brasil utiliza sementes transgênicas.

A inovação introduzida no campo pelas sementes e mudas transgênicas foi a presença de genes exógenos – sequências específicas de DNA, pertencentes a uma espécie não compatível sexualmente, capaz de conferir uma nova característica a um organismo vivo.

Os principais genes introduzidos em plantas transgênicas aprovadas no Brasil são aqueles que conferem características como tolerância a herbicidas e resistência a insetos. Existem também sementes transgênicas com resistência a outras pragas, qualidade nutricional melhorada, tolerância a seca e maior produção de madeira.  Aqui pretendemos apresentar os genes de tolerância a herbicidas.

Por que combinar herbicidas e sementes tolerantes?

Os herbicidas são uma classe de defensivos químicos utilizados na agricultura desde a década de 1890 para o controle de plantas daninhas – aquelas que competem, na lavoura, por nutrientes e prejudicam o desenvolvimento da cultura de interesse, podendo gerar perdas entre 13 e 15%.

Herbicidas: seu uso favorece o desenvolvimento das plantas cultivadas

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As sementes transgênicas tolerantes a herbicidas permitem o uso de pesticidas de forma mais otimizada e oferecendo maior praticidade de manejo, consequentemente, aumentando a segurança dos alimentos e reduzindo custos da produção.

Com as plantas HT os produtores podem utilizar nas suas lavouras herbicidas que afetariam a própria cultura, ou seja, sem os genes de tolerância inseridos na soja, por exemplo, alguns herbicidas poderiam prejudicar o desenvolvimento da própria soja, deixando os agricultores com uso muito mais limitado de produtos para controlar as plantas daninhas.

A preocupação com a disponibilidade de herbicidas é muito presente no dia a dia dos produtores rurais. Afinal, a utilização frequente ou em sequência de herbicidas de mesmo modo de ação ocasiona o surgimento de plantas daninhas resistentes, o que dificulta e aumenta os custos do controle destas plantas invasoras.

Além disso, a oferta de novos herbicidas é limitada e seu desenvolvimento, avaliações e aprovações levam anos para acontecer. Por isso, a introdução das primeiras plantas transgênicas HT tiveram adoção tão grande.

A entrada da soja transgênica tolerante ao herbicida glifosato foi celebrada pelos produtores de soja, pois ela possibilitou o uso desse herbicida na cultura. Como consequência, favoreceu a adoção do plantio direto (solo não revolvido) – prática conservacionista que consiste na ausência do revolvimento da terra no preparo do solo e plantio de uma nova cultura.

Além desse manejo ter o potencial de reduzir em até 85% o aparecimento de plantas daninhas nas lavouras, traz diversos benefícios ambientais, incluindo a menor emissão de dióxido de carbono que seria decorrente da queima de combustível e da liberação desse composto armazenado no solo.

Dessa forma, a combinação das sementes tolerantes a herbicidas e o uso correto desses defensivos químicos caracterizam praticidade, economia e eficiência durante o plantio e controle de plantas daninhas.

Você sabia? Considerando apenas a adoção do plantio direto, mais de 20 milhões de kg de dióxido de carbono deixaram de ser liberados na atmosfera em 2018, o que equivale a tirar 13,6 milhões de carros das ruas por um ano.

A tecnologia de tolerância a herbicidas

Para entender como uma planta tolerante a herbicida “funciona” é preciso compreender o mecanismo de ação dos herbicidas.

Os herbicidas são formulados a partir de princípios ativos (molécula química com ação de interesse), são classificados em grupos químicos e mecanismos de ação. Geralmente, moléculas de um mesmo grupo químico atuam na mesma via metabólica.

A interrupção de uma via metabólica pode levar uma planta a morte e é isso que os herbicidas fazem.

Dessa forma, para desenvolver uma planta transgênica tolerante a um herbicida é necessário identificar ou desenvolver um gene que produza uma proteína que irá impedir o funcionamento do princípio ativo (gene de tolerância).

Na biotecnologia agrícola essa tolerância tem sido alcançada de duas formas:

• Pela introdução de um gene que produza uma proteína que “engana” a molécula do herbicida (alteração da proteína alvo do herbicida);
• Pela introdução de um gene que produza uma proteína que inativa ou degrada a molécula do herbicida (ação inibitória).

Atualmente existem aprovadas no Brasil plantas transgênicas tolerantes a herbicidas dos seguintes grupos químicos:

• Ácido benzóico
• Ácido fenoxicarboxílico
• Ácido fosfínico
• Glicina
• Isoxazol
• Imidazolinonas
• Sulfoniluréia

Tolerância aos ácido benzóico e ácido fenoxicarboxílico

Os herbicidas pertencentes aos grupos químicos ácido benzóico e ácido fenoxicarboxílico atuam como mimetizadores de auxina (uma substância que acelera o crescimento das plantas). Ou seja, o herbicida imita auxinas da planta fazendo com ela “envelheça” e morra mais rápido.

Plantas transgênicas tolerantes a esse tipo de herbicida foram desenvolvidas utilizando pelo menos um dos seguintes genes: Gene dmo da bactéria Pseudomonas maltophilia; gene aad-1 da bactéria Sphingobium herbicidivorans; gene aad-12 da bactéria Delftia acidovorans.

Plantas transgênicas que possuem o gene dmo produzem uma proteína que converte a molécula química de ácido benzóico em um composto sem atividade herbicida. Já as plantas com gene aad-1 ou aad-12 produzem proteínas capazes de inativar moléculas químicas pertencentes aos ácidos fenoxicarboxílicos.

No Brasil, existem aprovados para cultivo e consumo plantas de algodão, milho e soja tolerantes aos ácidos benzóico e fenoxicarboxílico.

Tolerância aos ácidos fosfínicos

Herbicidas que fazem parte dos ácidos fosfínicos agem sobre a proteína glutamina sintase prejudicando a produção do aminoácido glutamina, essencial no desenvolvimento das plantas.

Dois são os genes que estão presentes em plantas transgênicas aprovadas no Brasil e que conferem tolerância a esse tipo de herbicida: o gene pat da bactéria Streptomyces viridochromogenes e o gene bar da bactéria Streptomyces hygroscopicus. Ambos os genes fazem com que as plantas portadoras do gene produzam proteínas capazes de inativar moléculas químicas pertencentes aos ácidos fosfínicos.

No Brasil, existem aprovados para cultivo e consumo plantas de algodão, milho e soja tolerantes aos ácidos fosfínicos, assim como um evento de trigo transgênico aprovado apenas para consumo.

Tolerância às glicinas

As glicinas atuam na produção de aminoácidos aromáticos ao interferirem na atividade da proteína EPSPs. A tolerância a esse grupo de herbicidas foi alcançada pela adição do gene cp4-epsps, do gene 2mEPSPS (mEPSPS) ou do gene gox em plantas susceptíveis.

O gene cp4-epsps foi encontrado na bactéria Agrobacterium tumefaciens e o 2mEPSPS foi desenvolvido por engenharia genética utilizando a sequência do gene EPSPS presente em plantas de milho (Zea mays). Ambos os genes fazem com que a planta transgênica produza uma proteína EPSPs sem sensibilidade aos herbicidas do grupo glicina, fazendo com que a planta seja tolerante.

Enquanto o gene gox (identificado na bactéria Ochrobactrum anthropi) produz uma proteína que degrada o princípio ativo, fazendo com que o herbicida perca seu efeito.

No Brasil, existem aprovados para cultivo e/ou consumo plantas de algodão, milho, soja e eucalipto tolerantes às glicinas.

Tolerância ao isoxazol

Os herbicidas desenvolvidos a partir de moléculas químicas do grupo Isoxazol inibem a produção de uma enzima que faz parte da respiração aeróbia. Em plantas, ele atua na formação de cloroplastos e afeta o processo de fotossíntese.

A tolerância a esse tipo de herbicidas foi obtida a partir da engenharia genética do gene hppd da bactéria Pseudomonas fluorescens, denominado hppdPf W336. Plantas que recebem esse gene produzem uma enzima que não é sensível ao herbicida e por isso se tornam tolerantes.

No Brasil, existem aprovados para cultivo e consumo plantas de algodão e soja tolerantes ao isoxazol.

Tolerância as imidazolinonas e sulfoniluréia

Os herbicidas desenvolvidos a partir de moléculas químicas do grupo das imidazolinonas e sulfoniluréia possuem como alvo a proteína acetolactato sintase e que faz parte da síntese dos aminoácidos leucina e valina.

São três os genes encontrados em plantas transgênicas tolerantes aos herbicidas desses grupos químicos e que estão aprovadas no Brasil: CSR1-2 e AHAS identificados na planta Arabidopsis thaliana e o gm-hra desenvolvido por engenharia genética do gene ALS identificado em plantas de soja. As plantas transgênicas que possuem algum desses genes em seu genoma irão produzir uma versão da acetolactato sintase que não é afetada por herbicidas desse grupo, tornando as plantas tolerantes.

No Brasil, existem aprovados para cultivo e consumo plantas de feijão e soja tolerantes às imidazolinonas e sulfoniluréia.

Tecnologias de tolerância a herbicidas precisam ser diversificadas no campo

O desenvolvimento de plantas transgênicas tolerantes a diferentes modos de ação de herbicidas é muito importante para o controle da resistência de plantas daninhas. As plantas daninhas resistentes surgem por mutações naturais e posterior seleção pelo uso de herbicidas. Assim, deve-se evitar o uso repetido do mesmo herbicida numa área. A alternância de herbicidas impede que plantas selecionadas por um herbicida se multipliquem.

Portanto, o uso permanente de uma mesma biotecnologia, como por exemplo, uma planta transgênica tolerante a herbicidas do grupo químico glicina, promove o uso de defensivos químicos desse grupo, como é o caso do glifosato.

A aplicação constante de um mesmo herbicida favorece a sobrevivência de plantas daninhas que não são controladas pelo herbicida utilizado. Quando isso acontece o herbicida perde a sua eficiência de controle e é preciso realizar um maior número de aplicações.

Para que isso não aconteça, é recomendado que o produtor intercale a cada safra, sementes transgênicas HT de diferentes grupos químicos, faça o uso do Manejo Integrado de Plantas Daninhas (MIPD) e adote outros tipos de manejo na lavoura. Ao mesmo tempo, no lado da ciência, é muito importante que a pesquisa, desenvolvimento e aprovação de plantas transgênicas HT não deixe de ocorrer.

A disponibilidade de plantas tolerantes a uma variedade de herbicidas também favorece a manutenção das diversas tecnologias HT.  Com isso, a disponibilidade de plantas transgênicas HT diversificadas em combinação ao manejo adequado asseguram o controle eficaz das lavouras às plantas e entregam sustentabilidade à produção agrícola.

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