Híbridos de cranberry apresentam resposta genética ao frio

Pesquisadores identificaram diferenças na resposta genética ao estresse térmico entre plantas cultivadas de cranberry (Vaccinium macrocarpon) e híbridos obtidos por cruzamento com a espécie silvestre Vaccinium oxycoccos. Os resultados indicam potencial para incorporar características de tolerância ao frio ao melhoramento genético da cultura. O estudo identificou alterações em vias biológicas relacionadas à fotossíntese, à síntese de proteínas e à sinalização hormonal.

A pesquisa envolveu cientistas do Salk Institute for Biological Studies, do San Diego Botanic Garden, da Universidade da Califórnia em San Diego e do Serviço de Pesquisa Agrícola do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA-ARS). O artigo tem Audrey Dickinson como primeira autora. O trabalho foi desenvolvido com técnicas de sequenciamento de RNA para avaliar respostas iniciais ao calor e ao frio.

Os pesquisadores analisaram a cultivar Stevens, de Vaccinium macrocarpon, e quatro linhagens híbridas F1. Elas resultaram de cruzamentos entre cultivares de V. macrocarpon (Stevens, Ben Lear e Pilgrim) e diferentes acessos de Vaccinium oxycoccos. A espécie silvestre apresenta distribuição circumboreal e adaptação a ambientes frios. Sua diversidade genética representa uma possível fonte de características para o melhoramento da espécie cultivada.

As plantas passaram por aclimatação a 21 graus Celsius durante três dias. Em seguida, receberam tratamentos de estresse térmico em câmaras de crescimento. No experimento com calor, a temperatura atingiu 39,7 graus Celsius após 15 minutos e 47 graus Celsius após 30 minutos. No tratamento com frio, os valores chegaram a 10,5 graus Celsius após 60 minutos e 3 graus Celsius após 95 minutos.

O sequenciamento de 90 amostras de RNA permitiu identificar mudanças na atividade dos genes durante os tratamentos. Os cientistas utilizaram a tecnologia de leituras longas da Oxford Nanopore Technologies para distinguir a expressão genética proveniente das duas espécies parentais.

Respostas distintas ao frio e ao calor

A exposição ao calor provocou alterações significativas na expressão de 3.719 genes nos híbridos, equivalentes a 13,4% dos genes analisados. Desse total, 854 apresentaram aumento de expressão e 2.865 registraram redução. Na cultivar Stevens, 1.199 genes, ou 7,8% do conjunto avaliado, apresentaram expressão diferencial.

Sob estresse por frio, os pesquisadores identificaram alterações em 175 genes nos híbridos, equivalentes a 0,94% do total analisado. Na espécie cultivada, 270 genes, ou 1,9%, responderam significativamente ao tratamento.

Apesar do menor número de genes individualmente afetados pelo frio, a análise funcional revelou diferenças importantes entre os materiais. Dezoito vias biológicas apresentaram regulação distinta entre híbridos e plantas cultivadas. Entre elas, destacaram-se fotossíntese, funcionamento dos ribossomos, sinalização hormonal e biossíntese de flavonoides.

Os ribossomos participam da produção de proteínas. Durante o estresse por calor, os híbridos aumentaram a expressão de genes associados a essas estruturas, enquanto a cultivar Stevens apresentou pequena redução. Sob frio, ambos os materiais reduziram a expressão desses genes, mas a diminuição alcançou maior intensidade na espécie cultivada.

A biossíntese de flavonoides também apresentou comportamento distinto. A cultivar Stevens aumentou a expressão de genes dessa via durante a exposição ao frio. Nos híbridos, as alterações ocorreram em menor intensidade. Os flavonoides participam da formação de antocianinas, compostos relacionados à tolerância ao frio e à qualidade dos frutos.

Variação genética entre híbridos

As quatro linhagens híbridas apresentaram diferenças expressivas na regulação genética. Durante o tratamento com calor, 7.717 genes, equivalentes a 28% dos avaliados, exibiram efeitos significativos associados à linhagem. Entre eles, os cientistas identificaram 76 genes de proteínas de choque térmico (HSPs) e de fatores de transcrição de choque térmico (HSFs), que regulam a ativação desses genes.

No experimento com frio, 5.265 genes, ou 18% do conjunto analisado, apresentaram diferenças entre linhagens. As alterações envolveram funções relacionadas à fotossíntese e aos ribossomos.

Duas linhagens, CNJ98-12-3 e CNJ98-309-19, apresentaram um padrão considerado promissor pelos pesquisadores. A intensidade das alterações na expressão genética aumentou após 60 minutos de exposição ao frio, mas diminuiu de forma acentuada aos 95 minutos, embora o frio continuasse se intensificando. Esse comportamento sugere capacidade de estabilização da resposta molecular durante o estresse.

Os cientistas ressaltam, porém, a necessidade de avaliações fisiológicas para confirmar a relação entre esse padrão e a tolerância efetiva às baixas temperaturas.

A análise dos subgenomas também identificou diferenças na expressão de genes herdados das espécies parentais. Entretanto, não houve evidência de especialização funcional coordenada entre os dois componentes genéticos dos híbridos.

Fotossíntese apresenta alterações

Outro resultado envolveu a expressão transgressiva, fenômeno no qual a atividade de determinados genes nos híbridos ultrapassa ou permanece abaixo dos valores encontrados em ambas as espécies parentais.

Em condições ambientais normais, 22,49% dos genes avaliados apresentaram expressão inferior à observada nos dois parentais. Os genes com essa característica concentraram funções relacionadas à fotossíntese.

Os pesquisadores consideram a possibilidade de redução da atividade fotossintética nos híbridos. Esse comportamento também pode indicar limitações decorrentes da combinação de genomas distintos. Entretanto, o estudo não avaliou diretamente a produtividade ou o desempenho fisiológico das plantas.

A análise identificou ainda diferenças na expressão do gene psbA, responsável pela produção da proteína D1 do fotossistema II. Os híbridos apresentaram expressão inicial mais elevada desse gene. Durante o tratamento com calor, sua expressão aumentou aproximadamente 17 vezes na espécie cultivada, que partiu de níveis baixos, e 1,5 vez nos híbridos. Após 30 minutos, os dois materiais atingiram níveis semelhantes. Os cientistas não determinaram se a maior expressão inicial dos híbridos proporciona vantagem adaptativa.

Aplicações no melhoramento genético

Os resultados apontam maior potencial da introgressão de genes de Vaccinium oxycoccos para melhorar a tolerância ao frio do que para ampliar a resistência ao calor. A variação observada entre os híbridos também indica oportunidades de seleção de materiais com respostas moleculares distintas.

O estudo apresenta limitações. As análises acompanharam apenas respostas iniciais ao estresse térmico. Além disso, a pesquisa não incluiu medições de produtividade, sobrevivência ou desempenho fisiológico capazes de comprovar maior tolerância dos híbridos.

Os pesquisadores também destacam diferenças na intensidade dos tratamentos. O tratamento de calor foi programado para 45 graus Celsius, e a leitura chegou a 47 graus Celsius. Essa condição representa um choque térmico extremo, com risco de morte das plantas. Já 3 graus Celsius permanece dentro da faixa de temperaturas naturalmente enfrentadas pela cultura.

A obtenção de cultivares comerciais mais tolerantes dependerá de avaliações adicionais e da confirmação das características em condições de cultivo. Os resultados reforçam a importância da conservação de populações silvestres de Vaccinium oxycoccos como fontes de diversidade genética para programas de melhoramento (doi 10.1002/ppp3.70150).