Como as plantas se reproduzem?

As plantas são classificadas em grupos, de acordo com a frequência de autopolinização ou polinização cruzada. Contudo, algumas destas plantas posicionam-se em situação intermediária, o que gera dúvidas quanto ao grupo em que devem ser incluídas.

Plantas autógamas ou de autofecundação são aquelas em que o polinizador (androceu ou pólen) é produzido na mesma planta que o gameta receptor (gineceu ou óvulo) e não existe auto-incompatibilidade entre estes.

Nestas plantas pode ocorrer a fecundação cruzada, no entanto esta taxa não passa de 5%. Espécies como trigo, soja, aveia, cevada, arroz e alface dificilmente ultrapassam 1%. Na planta do fumo as trocas de gametas atingem altas taxas, o que muitas vezes exige a proteção das inflorescências para evitar o fluxo de genes (ou cruzamento) entre variedades cultivadas muito próximas.

A autofecundação é motivada por diversos mecanismos, entre eles o mais positivo é a cleistogamia, situação na qual os antécios nunca abrem. A casmogamia é outra ferramenta que auxilia a autofecundação, onde a polinização do estigma ocorre antes da abertura do antécio, isso ocorre com trigo, cevada, aveia e alface.

Plantas alógamas são plantas que utilizam da fecundação cruzada para se reproduzirem. Diversos mecanismos facilitam a fecundação cruzada entre as plantas, a diocia pode ser considerado o mais efetivo, e ocorrem quando cada planta contribui com gametas ou femininos ou masculinos. Isso acontece no mamão, espinafre e na araucária (pinheiro do Paraná).

Algumas plantas monóicas (as que possuem ambas as estruturas, masculinas e femininas na mesma planta) apresentam fatores associados com a presença de inflorescências macho e fêmeas separadas na mesma planta, o que favorece a alogamia.

No milho, por exemplo, o pólen amadurece antes da inflorescência fêmea, fazendo com que a autofecundação raramente atinja mais que 5%. Outra ferramenta é a maturação do estigma e do pólen em épocas distintas, chamado de protandria, quando os grãos de pólen são formados antes que o estigma e de protoginia, quando o gineceu atinge a maturação antes dos estames. Algumas estruturas florais podem impedir a autofecundação como quando pistilos e anteras possuem formatos diferentes.

A macho-esterilidade, muitas vezes utilizada no melhoramento vegetal para formação de híbridos, é outro fator limitante da autofecundação e é decorrente de aberrações cromossômicas produzindo grãos de pólen estéreis.

Por último temos a autoincompatibilidade, onde apesar de apresentarem pólen e óvulos funcionais não ocorre fecundação devido a obstáculos fisiológicos.

Plantas alógamas são heterozigotas e isto tende a permanecer nas sucessivas gerações de fecundação cruzada. A redução desta heterozigose geralmente leva a perda de vigor, determinada pela depressão endogâmica (cruzamentos entre genótipos aparentados ou iguais).

Há plantas autógamas com frequente alogamia, ainda. Plantas deste grupo possuem taxas de fecundação cruzada bastante variadas, dependentes do ambiente de cultivo e de fatores climáticos associados.

O sorgo e o algodão, por exemplo, possuem taxas entre 5 a 10% e em algumas situações podem chegar a 50% de alogamia. Espécies deste grupo, como café, quiabo, sorgo, berinjela, algodão, mamona e fava estão situadas em posição intermediária entre as espécies tipicamente autógamas e alógamas.

O último grupo é das plantas de reprodução assexual, que são divididas em plantas de propagação vegetativa e apomíticas. Por propagação vegetativa temos rizomas (banana), tubérculos (batatinha), estolões (morango), ramas (batata-doce), pedaços do caule (mandioca), bulbos (cebola), ou outras partes. Nestas plantas, todos os descendentes são clones da planta original.

A apomixia, por sua vez, é um mecanismo no qual as sementes são produzidas sem a fusão dos gametas a partir de uma célula não reduzida do óvulo (célula mãe).

Variedades comerciais produzidas por reprodução assexuada são altamente heterozigotas, por serem selecionadas de indivíduos com elevado vigor de híbrido. Quando reproduzidas por via sexual, evidenciam ampla segregação em suas gerações seguintes e sofrem perdas por endogamia.

Estudar e entender os mecanismos de propagação das espécies é fundamental para o melhoramento vegetal e influenciará diretamente as cultivares desenvolvidas pelos programas e a forma com que as sementes serão produzidas.

Sydney Antonio Frehner Kavalco é agrônomo, mestre e doutorando em Biotecnologia pela Universidade Federal de Pelotas. Atualmente é bolsista CNPq e atua no melhoramento genético de trigo.

Biologia Molecular na Medicina Veterinária

Detentor do maior rebanho comercial de bovino do mundo, o Brasil ocupa hoje uma posição de destaque no cenário da pecuária mundial. Aliado a isso, o crescimento populacional e a elevação do consumo conforme a renda aumentada da população faz da pecuária o setor que mais cresce dentro das atividades do campo.

Além da ferramenta de seleção de animais superiores, os princípios de melhoramento genético se baseiam cada vez mais em biotécnicas reprodutivas que visam aumentar o ganho de produção, reduzindo o intervalo entre geração.

Ferramentas atuais

Dentre as principais existentes podemos citar a inseminação artificial, criopreservação de sêmen e embriões, sexagem do sêmen, transferência de embriões, produção in vitro de embriões, transgenia e clonagem (Figuras 1 e 3).

Figura 1 – Fêmea bovina “Vitória da Embrapa”, primeiro bovino clonado do Brasil e da América Latina. Fonte: Revista Globo Rural.

Apesar da existência de inúmeras biotécnicas, mesmo as mais simples, muitas vezes se encontram distantes da realidade dos produtores, seja por falta de informação, seja por falta de técnico habilitado para sua aplicação. Para se ter uma idéia deste déficit tecnológico, atualmente estima-se que apenas 9% das fêmeas em idade reprodutiva no Brasil sejam submetidas a inseminação artificial, considerada a biotecnia mais simples dentre as existentes.

No entanto, outra vertente do melhoramento, conhecida como Engenharia Genética, tem alcançado muito sucesso avanço no meio científico. Com o sequenciamento do genoma bovino no ano de 2009 permitiu-se, mais do que nunca, a exploração de genes que controlam características de interesse econômico e que causam enfermidades genéticas.

Figura 2 – Detecção de um agente viral (Herpesvírus Bovino 1) no sangue de bovinos através da Reação em Cadeia da Polimerase (PCR). Foto: arquivo dos autores.

Marcadores moleculares validados também estão sendo utilizados para métodos de confirmação de paternidade, identificação individual e rastreabilidade de produtos de origem animal.

Biotecnologia à serviço da sociedade

Não somente relacionada ao melhoramento genético, a biologia molecular está intimamente ligada a várias situações referentes à produção e clínica dos animais.

Atualmente, a possibilidade de utilização de testes moleculares como a técnica da PCR (reação em cadeia da polimerase) e hibridização in situ facilitaram imensamente o diagnóstico de patógenos que possam acometer os animais de produção (figura 2).

Por constituírem métodos altamente sensíveis e específicos, estes testes permitem identificar patógenos mesmo em quantidades mínimas.

A contribuição desses compreende ainda o estudo etiológico de determinada enfermidade, contribuindo para o controle e tratamento mais efetivos dos rebanhos, visto que permitem identificar uma doença precocemente.

Por fim, apesar da enorme distância existente entre o produtor e as biotécnicas utilizadas na reprodução e produção animal, o papel do profissional das ciências animais e biológicas se torna bem claro neste contexto.

Figura 3 – Vitória, já adulta. Fonte: Revista Globo Rural.

É preciso, cada vez mais, buscar a otimização na produtividade do pecuarista, buscando alcançar a sustentabilidade da produção. Para isto, fica condicionado o papel do profissional em reduzir as fronteiras entre os laboratórios e o campo, buscando disseminar a informação ao produtor para correta aplicação dos recursos biotecnológicos.

Emílio César Martins Pereira é médico veterinário e mestre em Medicina Veterinária. Atualmente é professor temporário da Universidade Federal de Viçosa, campus de Rio Paranaíba e atua na área de Reprodução Animal.

Giancarlo Magalhães dos Santos é médico veterinário, mestre e doutor em Medicina Veterinária e atua na área de Reprodução Animal.

Sanely Lourenço da Costa é médica veterinária, mestre e doutoranda em Medicina Veterinária pela Universidade Federal de Viçosa. Atua na área de Reprodução Animal.

Presente ontem, hoje e certamente amanhã

Susana Johann

 

Na sua definição mais ampla, a biotecnologia é uma área multidisciplinar que utiliza princípios científicos de diversas ciências (como a microbiologia, bioquímica, genética, engenharia química, entre outras) para o processamento de materiais por agentes biológicos (microrganismos, células, moléculas) com várias contribuições à sociedade.

Benditos micro-organismos.

Durante milhares de anos a biotecnologia tem sido utilizada para a produção de variados bens alimentar, tais como pão, queijo, vinhos e outros produtos fermentados. Nestes processos de manufatura a flora microbiana natural atuava espontaneamente, obtendo-se produtos fermentados com características diferentes.

 

Presente ontem, hoje e certamente amanhã (Susana)

A cerveja é conhecida dos Egípcios já milhares de anos, e é um ícone dos produtos biotecnológicos.

Futuro da ciência

Com o conhecimento da estrutura do material genético (DNA ou ácido desoxirribonucleico) e seu correspondente código genético, a partir dos anos 70, tem-se uma nova fase da biotecnologia, que trata da transferência de genes entre espécies, resultando nas plantas geneticamente manipuladas, também denominadas transgênicas ou OGM (organismo geneticamente modificado). Através da manipulação dos genes é possível direcionar os mecanismos da célula viva para fins específicos, tornando possível uma célula fazer algo para o qual ela não estava programada.

Os benefícios são irrestritos

O uso das ferramentas da biotecnologia tem produzido uma riqueza de conhecimento em diversas áreas. O impacto dela pode ser sentido em diversos setores. No setor agrícola observa-se a produção de adubo composto, pesticidas, silagem, mudas de plantas ou de árvores, plantas transgênicas, e na pecuária a produção de embriões, etc. Na indústria de alimentos a biotecnologia nos fornece os produtos de fermentação, a proteína unicelular, os aditivos, os corantes, entre outros.  Na indústria química tem-se a produção de butanol, acetona, glicerol, ácidos, enzimas e metais. Na indústria eletrônica fabricam-se os biosensores. No meio ambiente a biotecnologia propicia a recuperação de metais, a biorremediação e a produção de biopolímeros.

A contribuição com relação à saúde humana inclui a produção de novas drogas, como medicamentos, vacinas, hormônios, além de tratamentos como a terapia gênica.  Há ainda inúmeras outras aplicações que fazem parte do elenco de produtos que já são consumidos em todo o mundo e que estão disponíveis pela associação entre diferentes subáreas da Ciência.

Ciência do futuro

As oportunidades criadas pela aplicação da biotecnologia são vastas e muito promissoras nos mais diversos setores, possibilitando, por exemplo, encontrarmos a cura de doenças genéticas.  No entanto, a exploração das suas potencialidades é indispensável para o desenvolvimento sustentado e requer uma investigação científica inovadora e cuidadosa, avaliando os benefícios efetivos para o homem e para o meio ambiente a curto e a longo prazo, causando o menor impacto possível.

 

Susana Johann é bióloga, mestre em Biotecnologia e doutora em Microbiologia. Atua no desenvolvimento de compostos antimicrobianos.

 


Como citar esse documento:

Johann, S. (2011). Presente ontem, hoje e certamente amanhã. Folha biológica 2 (2): 4

Genética Ecológica – uma ferramenta para o estudo da biodiversidade

Rubens Pazza

 

Embora pareça novidade, a Genética Ecológica não é uma área nova. Na realidade, suas primeiras impressões vieram dos trabalhos de Darwin e Wallace, que primeiro relacionaram a Genética (variação) com a Ecologia (luta pela sobrevivência). Em termos simples, a Genética Ecológica é uma ciência que trabalha com a análise das variações genéticas inter e intrapopulacionais, que em última instância leva à adaptação e especiação. Assim, diferentes metodologias que avaliem a variabilidade de populações, espécies ou mesmo indivíduos podem ser utilizados como ferramenta para a Genética Ecológica. Mais recentemente, com o advento da biologia molecular, novas ferramentas permitiram a observação de variação em níveis cada vez mais refinados. Não apenas os avanços técnicos, mas também os avanços teóricos foram importantes para a consolidação desta área de estudo, como a teoria de metapopulações e as análises filogenéticas, por exemplo.

Uma das áreas de estudo da genética ecológica envolve a resolução dos problemas taxonômicos. Mas por que motivo os problemas taxonômicos seriam problemas ecológicos? Em primeiro lugar, um naturalista deve se preocupar em saber com que espécie está lidando, pois isso é imprescindível para a avaliação dos seus resultados. Quando um pesquisador afirma que determinada espécie de peixes apresenta desova total na época chuvosa, ele precisou avaliar vários exemplares da mesma espécie em diferentes épocas do ano para chegar a esta conclusão. Toda a sua hipótese depende da correta identificação dos exemplares observados. Entretanto, existem dois grandes problemas associados à identificação de espécies. O primeiro deles é em relação ao conceito de espécie em si. O que realmente é uma espécie? O “conceito biológico” de Mayr-Dobzhansky pode ser útil para muitos organismos, mas não para todos nem para todas as situações.  Em segundo lugar, existem muitos grupos de organismos onde a identificação taxonômica ao nível de espécie é extremamente complicada do ponto de vista morfológico. Para tentar resolver o segundo caso, metodologias mais refinadas como a de marcadores genéticos (citogenética, marcado- res moleculares, sequenciamento de trechos de DNA nuclear e mitocondrial), por exemplo, podem ser úteis. Mais recentemente, a utilização de um pequeno trecho do gene da citocromo oxidase I do DNA mitocondrial (COI) tem apontado para novos rumos na identificação de espécies por meios moleculares. É o chamado código de barras de DNA (DNA barcoding), que pressupõe que a variação encontrada nesta região do genoma mitocondrial é suficiente para identificar espécies distintas.

Os estudos ecológicos ganharam um importante aliado na identificação de espécies por meio de marcadores genéticos. Além das questões ecológicas clássicas, das inter-relações entre populações e espécies em um ecossistema, esta ferramenta também é bastante útil em questões mais aplicadas, como a identificação de espécies quando a morfologia está descaracterizada. Um exemplo interessante é o reconhecimento e a certificação de madeiras como pertencentes a espécies não ameaçadas, evitando ou coibindo crimes ambientais. O mesmo vale para carnes processadas, seja para evitar o uso indevido de espécies ameaçadas, ou mesmo para garantir que o atum enlatado é realmente atum, e não bonito, um peixe da mesma família e de carne semelhante, mas com menor valor de mercado ou ainda, para literalmente, não levar gato por lebre!

Rubens Pazza é biólogo, mestre em Biologia Celular e Doutor em Genética e Evolução. É professor do campus de Rio Paranaíba da UFV e atua na área de Genética Ecológica e Evolutiva.


Como citar esse documento:

Pazza, R. (2010). Genética Ecológica – uma ferramenta para o estudo da biodiversidade. Folha biológica 1 (3): 4

 

Uma ciência para o futuro

Karine Frehner Kavalco

Genética se remete ao estudo das origens. As definições mais rudimentares a consideram a “teoria que explica a origem ou a produção dos seres, parte da biologia que estuda a origem e a transmissão hereditária dos caracteres e das propriedades dos seres vivos”. Atualmente consideramos que se trata do estudo da transferência de informação biológica de célula para célula, dos pais para os filhos, e assim, de geração em geração. A genética também trata da natureza química e física da própria informação.

Gregor Mendel (1822-1884) é considerado o pai da genética embora não a tenha chamado assim, tendo publicado seus experimentos com ervilhas (Pisum sativum) em 1866, realizados no jardim do Mosteiro de Altbrünn, Áustria. Estes trabalhos geraram o fundamento da genética atual, considerada contemporaneamente uma ciência de potenciais. Talvez as mais expressivas contribuições à consolidação da genética como ciência derivam de estudos que identificaram os componentes celulares físicos (biomoléculas) relacionados aos genes, e, portanto, à transmissão das características herdáveis. Embora a composição química do DNA já fosse conhecida, a descoberta da estrutura física bem como do mecanismo de sua replicação, pela dupla J. D. Watson e F. H. C. Crick, revolucionou o estudo da genética na década de 50.

Hoje, a genética oferece nuances diversas e vários horizontes para pesquisa. Começam a pipocar os estudos genômicos, onde todo o conteúdo genético dos organismos passa a ser investigado, bem diferente dos primeiros estudos onde cada gene ou grupo de genes era separadamente analisado. As aplicações dos dados gerados pelos inúmeros projetos “Genoma” são infindáveis, e vão desde o melhoramento genético de muitas espécies de interesse comercial até perspectivas humanizadas, buscando a melhoria da qualidade de vida de muitas pessoas e a cura de doenças que até há pouco mostravam-se impossíveis de aniquilação. Além disso, as contribuições para estudos em biologia evolutiva são inúmeras.

A Engenharia Genética oferece oportunidade de incrementarmos características específicas, ou criarmos organismos “trabalhadores”, que sintetizam compostos como a insulina humana, por exemplo. Talvez os avanços mais marcantes sejam os resultados positivos no incremento de valor nutricional em vegetais e experiências revolucionárias, como a incorporação de vacinas aos alimentos, por meio de transgenia, ou do desenvolvimento de tecidos a partir de células-tronco. A nutrigenética é uma das áreas em expansão no momento, buscando o estudo das interações entre genótipos e alimentação. Hoje o ser humano manipula os genes, e, dando tempo para a ciência testar todas as potencialidades de que dispõem, os resultados prometem aumentar nossa qualidade de vida, que é um dos propósitos das Ciências Biológicas.

O biólogo geneticista pode trabalhar em laboratórios de análises genéticas, onde geralmente se procura os genes de origem para doenças conhecidas. Os métodos de análise podem ser indiretos ou até mesmo incluir o sequenciamento de porções do genoma do paciente. Além disso, esse profissional geralmente precisa ter um bom treinamento em citogenética, já que algumas das alterações genéticas mais frequentemente observadas nas populações são causadas por problemas cromossômicos (que podem ser relacionados com número e macroestrutura dos mesmos). Aspectos de genética bioquímica também são investigados em exames, normalmente quando se procura testar o paciente para um grupo de doenças conhecidas como erros inatos do metabolismo. Outra possível aplicação dos conhecimentos de genética humana são os testes de compatibilidade para transplantes, de seleção de embriões para reprodução assistida e os testes de paternidade, por exemplo.

O planejamento de cruzamentos, o desenvolvimento de raças e linhagens com características específicas (melhoramento) e os testes que envolvem a prática da agropecuária e da criação são igualmente realizados por geneticistas.

Empresas farmacêuticas, desenvolvedores de vacinas, remédios e compostos nutricionais, companhias de biotecnologia envolvidas com remediação de impacto ambiental (por exemplo, no desenvolvimento de micro-organismos que consomem poluentes) ou produção de órgãos e tecidos para transplantes também tem no geneticista um profissional de suma importância. E sempre há os que adotam a docência em nível Superior.

De um modo geral, a formação de um geneticista passa pela graduação e pós-graduação para torná-lo apto ao trabalho.

Karine Frehner Kavalco é bióloga, mestre em Genética e Evolução e Doutora em Genética. Atualmente é docente na Universidade Federal de Viçosa – UFV, Campus de Rio Paranaíba.


Como citar este documento:

Kavalco, K.F. (2010). Uma ciência para o futuro. Folha Biológica 1 (1):1.

 

Volume 2, Número 5

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