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WOX9: Um pau para toda obra
Usando a edição do genoma, os pesquisadores descobriram que, sem alterar a proteína produzida pelo gene, eles poderiam alterar as características de uma planta alterando a regulação do gene.
Por Cold Spring Harbor Laboratory - 04/03/2021


No tomate, um gene de desenvolvimento denominado WOX9 produz flores. No entanto, o papel desse gene era desconhecido no groundcherries, um parente próximo da planta do tomate, com frutas agridoces. Usando a ferramenta de edição de genoma CRISPR para alterar quando, onde ou quanto WOX9 é feito, a floração também pode ser aumentada no amendoim, conforme ilustrado aqui. As setas vermelhas apontam para ramos de flores extras em comparação com a planta original. Crédito: Hendelman / Lippman lab / CSHL, 2021

Em escalas de tempo evolucionárias, um único gene pode adquirir papéis diferentes em espécies divergentes. No entanto, revelar os múltiplos papéis ocultos de um gene não era possível antes que surgisse a edição do genoma. O professor do Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e investigador do HHMI Zach Lippman e o colega de pós-doutorado do CSHL Anat Hendelman colaboraram com Idan Efroni, HHMI International Investigator na Universidade Hebraica da Faculdade de Agricultura em Israel, para descobrir este mistério. Eles dissecaram a atividade de um gene de desenvolvimento, WOX9, em diferentes plantas e em diferentes momentos do desenvolvimento. Usando a edição do genoma, eles descobriram que, sem alterar a proteína produzida pelo gene, eles poderiam alterar as características de uma planta alterando a regulação do gene.


"Genes" são o DNA que codifica as proteínas, mas outros trechos próximos do DNA regulam a atividade dos genes, instruindo-os onde, quando e em que grau devem estar ativos. Com a ferramenta de edição de genoma CRISPR, os cientistas podem introduzir mutações precisas no DNA, incluindo essas regiões regulatórias. Embora os cientistas gostariam de usar o CRISPR para ajustar as características das plantas, a técnica às vezes produz resultados surpreendentes; alguns genes revelaram ter funções até então desconhecidas.

WOX9 é um dos vários genes "homeobox" que ajudam as plantas e os animais a estabelecer fronteiras no desenvolvimento de estruturas. Embora o gene desempenhe um papel no desenvolvimento inicial em arabidopsis, um parente infestante de brócolis, ele influencia o desenvolvimento posterior - reprodução e floração - em tomates. Lippman e Hendelman usaram o CRISPR para criar uma série de mutações no DNA regulador em torno do WOX9 para revelar funções adicionais em plantas de tomate, amendoim e arabidopsis. Dada a sequência regulatória correta, o gene poderia induzir a formação de mais flores nas três espécies. O WOX9 é, portanto, um candidato para aumentar os rendimentos dessas e de outras plantas agrícolas apenas alterando sua regulamentação. Essa descoberta sugere que outros genes também podem ter funções múltiplas ocultas. Lippman diz:

"Nós sabemos sobre um monte de genes que você pode querer direcionar com a edição do genoma para melhorar as colheitas, mas há todo um outro conjunto de genes para os quais eles podem ter funções realmente úteis que também podem ajudar a melhorar as colheitas. E então, usando isso abordagem, você pode expor esses papéis e, em seguida, você pode ajustar de forma previsível a atividade desse gene para esse papel específico para obter a modificação de característica desejada. "

O gene WOX9 'regulador mestre' e seu produto de proteína podem fazer coisas diferentes
relacionadas ao crescimento e desenvolvimento em plantas diferentes. Os pesquisadores
revelaram papéis comuns conservados para o gene, alterando o DNA regulador que controla
o WOX9. Eles usaram a ferramenta de edição de genoma CRISPR. No tomate (à esquerda),
a alteração da regulação do gene mudou a viabilidade da semente e pode aumentar o
número de ramos que fazem flores. As mesmas edições no groundcherries, um parente do
tomate (no meio), também aumentaram o número de galhos e flores feitas. Em arabidopsis,
um parente do brócolis (direita), o aumento da floração e ramificação eram tão
exuberantes que as flores se ramificavam do interior de outras flores.
Crédito: Hendelman / Lippman lab / CSHL, 2021

A equipe de Lippman publicou suas descobertas na revista Cell .

 

 

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