Micropropagação: a ferramenta biotecnológica que permite obter plantas geneticamente iguaisEntrevistas
Créditos da imagem: Joaquim Miranda / CiB

Com a micropropagação de plantas é possível fazer clonagem e obter variedades uniformes, de qualidade fitossanitária superior e que podem ser utilizadas em larga escala. É com esta ferramenta que a equipa do Professor da Universidade de Coimbra, Jorge Canhoto, desenvolve estudos com o tamarilho e outras espécies arbóreas, com resultados “muito interessantes” do ponto de vista da produção. Para este investigador, que lidera o Laboratório de Biotecnologia Vegetal do Centro de Ecologia Funcional da UC – o primeiro a clonar o medronheiro -, esta ferramenta pode ajudar a aumentar a produtividade do setor hortofrutícola nacional.

Entrevista: Margarida Paredes / CiB

Fotografia e vídeo: Joaquim Miranda

Que trabalho desenvolve aqui no Laboratório de Biotecnologia?

Basicamente, fazemos investigação em biotecnologia vegetal, desde cultura in vitro de plantas a análises de biologia molecular e de proteómica para tentar perceber os mecanismos que sustentam a propagação das plantas in vitro. Fazemos também transformação genética, não para aplicação prática (porque na UE a produção de plantas geneticamente transformadas não é viável do ponto de vista económico), mas fundamentalmente para descobrir como é que as plantas funcionam. Estudamos muito embriogénese somática, um método de clonagem de plantas que permite obter plantas geneticamente iguais umas às outras. É um método muito interessante dado que permite uma produção mais uniforme. Em colaboração com a Faculdade de Farmácia, estamos também a caracterizar alguns compostos químicos das plantas com eventual interesse para as indústrias farmacêutica e da cosmética. Também desenvolvemos muito trabalho na área da conservação, no sentido de preservar plantas que estão em perigo ou ameaçadas de extinção.

Com que plantas trabalha?

Com o medronheiro, o tamarilho (um fruto originário da América do Sul, mas cada vez mais popular nos nossos mercados), feijoa, kiwi, lavandulas…

Com que objetivo?

No caso da lavandula, que é uma espécie produtora de óleos essenciais, estamos agora a tentar descobrir como é que a modificação do número de cromossomas das plantas se reflete nas estruturas que produzem os próprios óleos. Com o tamarilho fazemos essencialmente clonagem para perceber como é que as plantas funcionam in vitro, procurando identificar proteínas ou genes que sejam reguladores dos processos de clonagem. O trabalho com o medronheiro é desenvolvido em colaboração com o FitoLab – Laboratório de fitossanidade do Instituto Pedro Nunes, em Coimbra, e consiste na análise de microbiomas associados às plantas, porque queremos entender qual é o papel de alguns compostos químicos do medronheiro nas defesas da planta contra fungos e bactérias.  

Por que escolheu a micropropagação como foco principal de investigação?  

Não foi planeado. Durante o curso de Biologia [na Universidade de Coimbra], que na altura era da responsabilidade do Departamento de Botânica e do Departamento de Zoologia, gostei sempre mais de Botânica. Penso que o Professor Gil Cruz, que foi um excelente Professor de Fisiologia Vegetal, terá tido alguma influência na minha escolha. Depois de concluir o curso pedi para fazer o estágio com ele em micropropagação e cultura in vitro do quiwi (actualmente estamos a estudar este fruto num projeto sobre o pólen do quiwi). Um ano depois de terminar o estágio, em 1986 tornei-me assistente estagiário aqui na Universidade de Coimbra, onde segui sempre a área da Biotecnologia muito ligada à cultura in vitro como uma ferramenta para perceber o funcionamento das plantas. Penso que o meu interesse por esta área foi aumentando à medida que fui tendo contacto com outras pessoas e outras técnicas.

Conseguiu chegar a descobertas interessantes?

Penso que sim, mas a ciência nem sempre é aquela coisa que as pessoas pensam que é, que de repente faz-se uma descoberta e isso altera a ciência toda. Algo assim acontece apenas algumas vezes. Estou a lembrar-me, por exemplo, da reação do PCR (a amplificação do DNA) e mais recentemente da edição genética. 

E no seu caso, que conquistas destaca?

Digamos que fizemos pequenos avanços na ciência que nos deixam satisfeitos. No trabalho já desenvolvido com o tamarilho, obtivemos plantas poliplóides, que têm o dobro do número de cromossomas. Geram frutos diferentess e por essa razão podem ser mais interessantes. Numa investigação conjunta com o ITQB NOVA em Oeiras e o Centro de Neurociências em Coimbra, uma investigadora que trabalha comigo aqui no Laboratório de Biotecnologia [do Centro de Ecologia Funcional do Departamento de Ciências da Vida da UC], a Sandra Correia, conseguiu identificar uma proteína que parece ter um papel importante na regulação do desenvolvimento embrionário. Relativamente ao medronheiro, fomos pioneiros na clonagem desta espécie, o que é também uma conquista muito interessante do ponto de vista científico.

A micropropagação consiste exatamente em quê? Como funciona?

O termo micropropagação é utilizado por oposição a macropropagação. Penso que qualquer pessoa já deve ter tido uma experiência de macropropagação, a de enraizar um pequeno ramo de uma planta para obter uma nova planta ou a de colocar um ramo num porta enxertos. Mas a macropropagação apresenta algumas limitações importantes: depende muito da estação do ano e da compatibilidade das enxertias. Já a micropropagação, além de poder ser feita em qualquer altura do ano, tem a vantagem de produzir plantas com uma qualidade fitossanitária mais interessante do que as plantas obtidas por estacaria – isto deve-se essencialmente à manutenção das condições asséticas no ambiente em que as plantas se desenvolvem; no método por estacaria, por serem muito grandes, as plantas são mais suscetíveis a vírus, fungos ou bactérias. Para além disso, a micropropagação permite uma propagação em larga escala, conseguindo-se aumentar a quantidade de plantas produzidas num espaço de tempo relativamente curto, o que para os produtores de plantas é um aspeto importante.

Além de poder ser feita em qualquer altura do ano, a micropropagação permite a clonagem e produz plantas com uma qualidade fitossanitária superior

Micropropagação é o mesmo que cultura in vitro de tecidos?

Sim,também se designa de cultura in vitro por causa dos recipientes em vidro que são usados. No entanto, “cultura in vitro” é uma designação mais ampla, que pode ter um significado diferente de micropropagação; por exemplo, quando se fazem culturas de células para produção de compostos químicos de interesse.

Como esse tubo de ensaio que tem na mão, com uma planta dentro?  

Trouxe-o comigo para lhe explicar como funciona a micropropagação. Aqui dentro temos um rebento caulinar (sem raiz, apenas tem a parte aérea da planta). Numa fase posterior, antes de passar a planta para o solo para enraizá-la, temos que lhe aplicar um tratamento com uma hormona. Está  ver o sítio onde as folhas se inserem no caule? Se cortarmos cada uma destas secções e voltarmos a colocá-las num meio de cultura como este, ao fim de algum tempo obteremos um rebento igual a este. E podemos cortar outra vez e voltar a produzir. As plantas que vamos obter desta forma vão ser todas iguais a esta.

Vão ser geneticamente iguais?

Exatamente. E se esta for uma planta muito interessante, todas elas vão ter essas mesmas características. Uma das grandes vantagens da micropropagação é essa. Já as plantas que se propagam por semente, pelo contrário, são todas diferentes, não têm uma uniformidade genética.

O rebento dessa planta está mergulhado numa solução que parece gelatina. Contém o quê?

É um meio de cultura que tem incorporado elementos minerais de que a planta precisa, como cálcio, potássio e outros, além de água e das tais hormonas com compostos químicos que vão permitir que a planta responda em função daquilo que pretendemos: se queremos que a planta cresça mais, aplicamos um tipo de hormonas,  se queremos que ela forme raízes, aplicamos outro tipo de hormonas. Além disso, o meio tem agar, o que permite formar este gel.

“A clonagem de plantas in vitro através de embriogénese somática” foi tema de um estudo que coordenou durante vários anos e que permitiu identificar um dos imensos caminhos do processo de clonagem de plantas. Esta identificação é tão importante porquê?

Esse estudo é o que referi há pouco, que foi realizado, em grande parte, pela investigadora Sandra Correia. Do ponto de vista prático, sabemos quais são as condições que levam as plantas a responderem de uma determinada maneira – por isso é que utilizamos as hormonas -, mas a nível celular e molecular quisemos perceber quais são os mecanismos que regulam esses processos de regeneração. Aqui no laboratório estudamos muito a embriogénese somática nessa perspectiva, quer com o tamarilho, quer com o medronheiro, quer com outras plantas. Esse estudo foi muito importante porque permitiu identificar uma proteína do grupo das RNA metiltransfrases, que pensamos ser um regulador negativo do desenvolvimento embrionário. O desenvolvimento embrionário é fundamental porque a nossa alimentação é muito à base de sementes (uma semente não é mais do que um revestimento para o embrião que está no interior). Se compreendermos melhor os processos que levam à formação dos embriões somáticos, podemos transportar esse conhecimento para o desenvolvimento dos embriões zigóticos e, desse modo, aumentar a produtividade.

Se compreendermos melhor os processos que levam à formação dos embriões somáticos, podemos transportar esse conhecimento para o desenvolvimento dos embriões zigóticos e, desse modo, conseguir uma produção mais interessante de sementes

E agora? Identificada essa proteína, o que falta descobrir?

Uma proteína é um elemento de uma rede muito complexa de sinais. Identificada a proteína, o que estamos a tentar perceber é como ela interatua com outros componentes do sistema, nomeadamente as hormonas vegetais e os hidratos de carbono, vulgarmente designados de açúcares. Como as plantas aqui dentro [aponta para no tubo de ensaio que tem na mão] não são muito eficientes a realizar a fotossíntese, temos de adicionar um açúcar ao meio de cultura para que elas tenham possam crescer de de maneira mais eficaz. As interações entre esse suposto iregulador [a proteína RNA metiltransferase], as hormonas e os hidratos de carbono são interacções importantes para percebermos ainda melhor os processos de desenvolvimento in vitro.

A clonagem de plantas vai ter alguma expressão prática? A exploração comercial é uma possibilidade?

Mais do que uma possibilidade, é já uma realidade. Atualmente há muitas empresas por esse mundo fora que estão a fazer propagação de plantas, não pelos métodos tradicionais de enxertia, de estacaria ou de semente, mas por micropropagação/cultura in vitro.  Faz-se no Brasil, Estados Unidos, Itália, Espanha e inclusive em Portugal, embora em muito menor escala. Muitos dos protocolos que são desenvolvidos nos laboratórios de investigação são depois usados por algumas empresas em Braga e Coimbra. Como não temos patentes, qualquer pessoa pode ir à bibliografia e fazer propagação de plantas com base nesses métodos.

Comparada com outras ferramentas disponíveis, qual é a grande vantagem da clonagem?

A propagação de plantas pode ser feita basicamente de três maneiras. Uma é por semente (muitas pessoas recolhem as sementes e voltam a semear). É um método muito eficaz, porque a semente é essencialmente o órgão natural de propagação das plantas, mas tem um problema: quando produzimos sementes, elas são todas geneticamente diferentes umas das outras e, portanto, um produtor que compra as sementes vai ter no campo plantas um pouco diferentes nas suas características (imaginando que produzem frutos, os frutos não vão ser produzidos na mesma altura, o que impede que a colheita seja feita de uma vez só). Relativamente ao método por semente, a principal desvantagem é não haver uniformidade genética. Existem também as técnicas de que falamos há pouco: a macropropagação, a estacaria e a enxertia, muito utilizadas em árvores, mas apresentam alguns problemas. Na estacaria, as taxas de sucesso são, muitas vezes, reduzidas, porque é condicionada pelas condições ambientais (no inverno as plantas estão dormentes), a qualidade fitossanitária das plantas não é muito elevada por serem mais fáceis de contaminar e o enraizamento é difícil, como na oliveira ou no eucalipto. A enxertia é uma técnica muito morosa e requer pessoal especializado. Como referi há pouco, a micropropagação permite taxas de multiplicação mais elevadas e uma qualidade fitossanitária superior. Para além disso, permite eliminar, como acontece no caso da videira.

Que outros projetos de investigação tem em curso?

Iniciámos há pouco tempo alguns grandes projetos financiados pela Comissão de Coordenação da Região Centro. Um é o projeto ‘Cultivar’, que envolve várias instituições e tem como foco os recursos endógenos da região Centro, em particular da zona do Fundão-Castelo Branco, como cerejeiras, marmeleiros, nogueiras e amendoeiras. O nosso trabalho consiste em identificar alguns recursos para os viveiristas, que estão a comprar muitos materiais do estrangeiro que não são propriamente adaptados às nossas condições climáticas e de solo. Portanto, o que pretendemos é identificar materiais de cultura que sejam endógenos do nosso país e que possam ter valor comercial, propagá-los in vitro e fornecê-los aos produtores.

O outro grande projeto chama-se ‘F4F – Forest For the Future’, mais direcionado para espécies florestais de interesse para a zona centro, quer do ponto de vista da produção de frutos (medronheiro), quer do ponto de vista da produção de madeira (carvalhos).   

Estamos também a desenvolver juntamente com o Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra e o SerQ – Centro de Inovação e Competências da Floresta, na Sertã,  um projeto para a valorização da biomassa vegetal designado ‘Value2Prevent’. Neste caso, o nosso envolvimento consiste na utilização de alguns fungos do apodrecimento da madeira para caracterizar compostos químicos de interesse resultantes da digestão da parede celular.

No caso do medronheiro, estamos a determinar o papel de compostos químicos, como a arbutina, nos mecanismos de defesa da planta enquanto no tamarilho e na feijoa continuamos a estudar os processos de clonagem e a tentar obter genótipos pais interessantes para os produtores. A amendoeira e o marmeleiro, no âmbito do projecto Cultivar, são outras espécies com que estamos a trabalhar.  Do ponto de vista mais de ciência aplicada continuamos os estudos de caracterização, a nível molecular, dos processos de embriogénese somática em plantas arbóreas, utilizando o pinheiro-do-Alepo (Pinus halepensis), em colaboração com a Neiker (um instituto de investigação do País Basco, em Vitória), o medronheiro e o já referido tamarilho. Muitos destes estudos são realizados no âmbito de cooperações nacionais, como com o CNC (Centro de Neurociências de Coimbra), o CEBAL ou o ITQB e internacionais, como a rede de Biotecnologia de países ibero-americanos (BIOALI) ou a IUFRO (International Union of Research Organizations) ou acções Cost.

Para fazer face às alterações climáticas, estamos a utilizar as ferramentas da cultura in vitro de plantas para selecionar as mais tolerantes ao stress hídrico e ao stress de temperatura

As alterações climáticas tornaram-se uma preocupação comum a muitos laboratórios de investigação. Desenvolve algum trabalho nesse sentido?

Não é propriamente o nosso foco, mas temos algumas linhas de investigação mais direcionadas para os efeitos das alterações climáticas, até porque vivemos num país que provavelmente vai ser muito afetado – espera-se para Portugal um aumento da temperatura média e uma diminuição da disponibilidade de água em algumas zonas. Para fazer face a este cenário, estamos a utilizar as ferramentas da cultura in vitro de plantas para tentar selecionar as plantas mais tolerantes ao stress hídrico e ao stress de temperatura. Vamos iniciar em breve um projeto com lavandulas para perceber até que ponto o aumento de temperatura e condições de stress hídrico influenciam a composição dos óleos essenciais. O mesmo faremos com o Quiwi e com o medronheiro. No caso do medronheiro, temos verificado que os compostos químicos que produz, em particular a arbutina (que a indústria farmacêutica usa muito para clareamento da pele), parecem estar envolvidos nos mecanismos de tolerância ao stresse hídrico.

Não trabalha com edição do genoma?

Ainda não. Temos um projeto com o tamarilho e com Arabidopsis onde eventualmente iremos utilizar a edição genética, para estudar aspetos particulares da clonagem. Fazemos alguma modificação genética, não para produzir plantas geneticamente transformadas mas como uma ferramenta para perceber como é que as plantas se comportam quando determinados genes são modificados ou silenciados. Esta é um aspecto importante da utilização das ferramentas moleculares, do qual normalmente não se fala muito, mas que tem sido essencial para obter plantas cada vez mais produtivas.

A edição genética permitir-lhe-ía chegar a resultados com maior rapidez e eficiência do que a clonagem?

São técnicas diferentes, mas a transformação genética e a edição genética têm muito a ver com a clonagem. Para obtermos plantas geneticamente transformadas ou plantas genticamente editadas temos também de ter bons protocolos de regeneração de plantas em condições laboratoriais, porque de contrário não funciona. A edição genética é uma ferramenta muito importante. Enquanto na transformação genética aquilo que fazemos é inserir ou inativar um ou mais genes, a edição genética permite-nos ser tão precisos que podemos modificar uma única base (letra), fazendo uma mutação pontual (às vezes basta isso para alterar ou silenciar uma característica da planta). É muito mais precisa, sabemos exatamente que isto vai fazer aquilo num determinado local do genoma. O resultado final não é muito diferente do que se faz por mutagénese com radiações ou compostos químicos, e que serve de base para a obtenção de novas variedades, principalmente nos cereais, mas é muto mais preciso, pois sabe-se exatamente onde ocorreu a alteração do DNA. Já no caso das mutações químicas ou físicas, existe uma grande aleatoriedade.

Num cenário de alterações climáticas e de crescimento global da populacão, como é que a edição genética de plantas pode ajudar a minimizar os efeitos previstos na produção de alimentos?

É mais uma ferramenta. Na Europa, a agricultura é vista numa perspetiva mais ambiental, o que tem coisas boas e más. O lado bom é que pode levar a uma agricultura mais sustentável e mais limpa, o problema é que não sabemos muito bem se uma legislação já anunciada em que se reduz drasticamente a aplicação de agroquímicos não vai ter impactos negativos na produção. A Uniao Europeia não pode, por um lado, querer eliminar os agroquímicos, que permitem produções mais elevadas, e, por outro, continuar a não permitir ferramentas que poderiam compensar essa diminuição da produção. Estas técnicas – primeiro a transformação genética e agora a edição do genoma – permitem de facto obter plantas mais tolerantes à falta de água e que crescem melhor em solos mais marginais. Além disso, são ferramentas essenciais para que possamos lidar com as doenças e pragas que diminuem a produção em cerca de um terço.

Se a Europa mantiver a política atual, daqui a pouco teremos uma agricultura como no tempo dos nossos avós, muito artesanal e muito pouco produtiva. Noutros países, estas tecnologias estão a ser utilizadas de uma maneira muito eficaz. Estamos a ficar para trás na utilização destas tecnologias e isso tem vários problemas: as companhias vão investir noutros locais, os melhores estudantes destas áreas vão para outros países por falta de condições, vamos perder competitividade e capacidade produtiva… Se queremos manter uma Europa produtiva e mais ou menos autónoma do ponto de vista da segurança alimentar, não podemos abdicar de todas as tecnologias que permitem ganhos de produtividade. Se alguma coisa positiva a actual crise pandémica mostrou foi que a ciência, muitas vezes desacreditada, pode ajudar a resolver problemas societais complexos. Quando se abdica da ciência corremos o risco de ficar nas mãos de terceiros e, no caso concreto da agricultura, de vermos a nossa segurança alimentar, depender de países e de grandes empresas fora do espaço europeu. Parece óbvio que isto não é bom.

Jorge Canhoto

Professor no Departamento de Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, é responsável pelo Laboratório de Biotecnologia Vegetal do Centro de Ecologia Funcional. É licenciado em Biologia, doutorado em Biologia (Fisiologia) e com agregação em Botânica (Biotecnologia). Possui experiência na propagação in vitro e em técnicas de microscopia e biologia molecular. Tem artigos publicados sobre micropropagação e apresentações em inúmeros congressos nacionais e internacionais. Publicou o livro Biotecnologia Vegetal. Tem como áreas de investigação a biotecnologia vegetal, melhoramento de plantas, desenvolvimento de Plantas e recursos florestais.

*Esta entrevista foi publicada na edição de maio da Gazeta Rural.

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