Melhoramento da tolerância de plantas a estresses biótico e abiótico : uso de regulação transcricional por CRISPR/ dCas9 e algodão transgênico

Abstract

Como organismos sésseis, as plantas evoluem em direção a uma flexibilidade no desenvolvimento fisiológico para se adaptarem a estresses bióticos e abióticos e que freqüentemente ocorrem simultaneamente. O estresse hídrico afeta diferentes aspectos da fisiologia das plantas e pode diminuir seu crescimento e produtividade. Meloidogyne incognita é um nematoide de galhas que infecta e modifica a estrutura das raízes das plantas. Em um aspecto agronômico, ambos estresses representam um custo econômico elevado. A manipulação genética de genomas de plantas pode superar alguns destes obstáculos. Inicialmente, implementamos uma estratégia CRISPR / dCas9 em Arabidopsis para melhorar a tolerância à seca. Em seguida, introduzimos um cassete em plantas de algodão para induzir a tolerância ao estresse hídrico e a resistência ao M. incognita ao mesmo tempo. O sistema CRISPR/Cas tipo II foi adaptado em plantas para controlar a modificação genética em um procedimento mais direcionado e preciso. Com o intuito de controlar a tolerância ao estresse hídrico, utilizamos os mecanismos CRISPRi/CRISPRa, que empregam a «dead Cas9» fusionada à moduladores transcricionais. Avaliou-se o uso da dCas9 fusionada com ativador VPR e com dois domínios de modificação epigenética de Arabidopsis: O domínio Acetiltransferase de AtHAC1 (domínio HAT) e o domínio metiltransferase do gene CURLY LEAF (CLF) (domínio SET). Nossos resultados mostraram que as dCas9 fusionadas a VPR e HAT aumentaram a atividade de promotores controlando um gene repórter. A estratégia também foi testada para controlar o promotor endógeno do fator de transcrição AtAREB1. A expressão de AREB1 foi aumentada em plantas portadoras das fusões dCas9HAT, plantas que apresentaram melhor tolerância ao estresse hídrico. Os dados indicam que modificações epigenéticas específicas de histonas podem ser usadas para modificar a atividade do promotor em plantas. Neste estudo melhoramos a resposta das plantas ao estresse hídrico, mas a abordagem pode ser projetada para controlar qualquer promotor e incluir respostas a outros estresses. Em uma abordagem mais clássica, nós projetamos plantas geneticamente modificadas (GM) de algodão, impulsionando a expressão de AREB1ΔQT. Dentro da mesma construção foram desenhados a expressão do gene AREB1ΔQT e o dsRNA para um gene essencial em M. incognita, que codifica para um fator de splicing. Foram obtidas linhagens de algodão GM que demonstraram melhor resposta ao estresse hídrico e à infecção por nematoides, na geração T1. A termo, ambas as estratégias representam novas oportunidades atraentes na biotecnologia vegetal.