O melhoramento genético vegetal é um programa que conta com a seleção dos bons alelos das plantas. É importante que a elaboração do programa conte com um planejamento desenvolvido pelo melhorista. Deste modo, compreender o funcionamento da seleção genômica torna-se importante para obter resultados satisfatórios.
Genoma é a sequência completa de DNA (ácido desoxirribonucleico) de um organismo, ou seja, o conjunto de todos os genes da grande maioria dos seres vivos. A ciência que estuda o genoma, ou seja, o sequenciamento e as informações geradas é a Genômica. Ela surgiu para compreender como os genes estão organizados no genoma, sua função, regulação e interação com outros genes.
As pesquisas na área da Genômica e Biologia Molecular possibilitaram identificar os marcadores genéticos dos organismos. Eles são qualquer elemento capaz de diferenciar, prever e caracterizar um indivíduo por meio do seu genótipo e que seja capaz de reproduzir na descendência. Após a identificação, os marcadores ajudam na identificação de características de interesse, como resistência de doenças, estresses hídricos etc. Eles podem ser de microssatélites (SSR), muito usado em estudos de ancestralidade devido sua alta reprodutibilidade e fácil execução; os SNPs, que detectam mutações e polimorfismos através de alterações de uma única base no genoma; e outros.
Em 2001, o agrônomo e professor de bioinformática, Theodorus Meuwissen, junto a outros pesquisadores se propuseram estimar os efeitos dos marcadores genéticos nos animais. Como resultado, surgiu a seleção genômica ampla, técnica que também é utilizada no Melhoramento genético vegetal.
Na seleção genômica ampla ocorre o prognóstico dos efeitos genéticos de diversos marcadores genéticos que se encontram dispersos no genoma do organismo. Dessa forma, é possível estimar os efeitos baseados nos dados fenotípicos da população de estimação. Após esta etapa, eles são testados em uma população de validação e, em seguida, são selecionados aqueles que contenham as informações que explicam a variância genética do caráter estudado. Por fim, a informação é incorporada à etapa de seleção do programa de melhoramento genético vegetal. O ponto chave da análise destes marcadores é a estimação dos efeitos, uma vez que o número de parâmetros que precisam ser estimados é muito superior ao número de observações fenotípicas disponíveis.
No melhoramento genético vegetal é fundamental a escolha de alelos favoráveis que possibilitem o desenvolvimento de cultivares resistentes ou tolerantes às adversidades. A seleção genômica, dessa forma, auxilia na identificação dos marcadores genéticos e possibilita ao melhorista estimar os efeitos em uma população de larga escala.
Conhecer a interação entre o genótipo e fenótipo no ambiente é fundamental para o sucesso do programa. A relação dos genótipos com os ambientes abrange todos os tipos de organismos vivos (plantas, humanos, bactérias).
A disponibilidade de terras altamente produtivas para o estabelecimento de cultivos está reduzindo cada vez mais em todo o mundo, em virtude da competição com a agricultura, urbanização e uso da água.
Assim, há a expansão dos plantios agronômicos e florestais para novas áreas, as quais são geralmente alvo de perturbações de caráter climático, edáfico e biótico (BRAWNER et al., 2013).
Nesse sentido, cultivos são implantados em locais que possuem condições ambientais distintas, levando a respostas diferenciadas e performances inconsistentes dos materiais genéticos.
Com isso, há a necessidade da realização de estudos de interação G x A para subsidiar os programas de melhoramento florestal (Hardner et al., 2011).
O genótipo é a constituição genética total de um organismo, ou seja, é a sequência de nucleotídeos do DNA.
Já o fenótipo é a expressão de uma característica, que depende do genótipo e do ambiente, que são as circunstâncias ao redor de um organismo ou grupo de organismos e que afetam o seu crescimento e desenvolvimento.
A interação é baseada na ação que se estabelece entre eles, seja ela recíproca ou de um sobre o outro.
Importância da interação genótipo e fenótipo
A importância da interação para o melhorista está na identificação do melhor genótipo para cada ambiente específico.
O teste da interação do genótipo com o ambiente pode demandar tempo e dinheiro no programa de melhoramento.
Dessa forma, seu trabalho deve ser cuidadoso, porque um genótipo pode não ser adequado para um ambiente, mas pode ter desempenho satisfatório em outro.
Dentro desse contexto, a simples identificação de interação G x A per se não proporciona informações completas e exatas sobre o comportamento de cada genótipo frente às variações ambientais, sendo necessário o conhecimento da magnitude dessa interação.
Para isso, análises de adaptabilidade e estabilidade genotípica devem ser realizadas, tornando possível a identificação de cultivares com comportamento previsível e que sejam responsivos às variações ambientais, em condições específicas ou amplas (Matheson; Cotterill, 1990; Cruz; Regazzi, 1994; Nunes et al., 2002; Hardner et al., 2010; Hardner et al., 2011).
Caracterização da interação
A interação G x A é caracterizada como o desempenho inconsistente de diferentes materiais genéticos em distintos ambientes/sítios de uma rede experimental (Pswarayi et al., 1997; Osorio et al., 2001).
Em que, quando a interação G x A é significativa, o melhorista determina zonas de recomendação de clones diferentes para cada tipo de sítio ou seleciona genótipos que apresentam desempenho satisfatório em todos os ambientes (Osorio et al., 2001).
Dessa forma, a presença de interação G x A constitui-se em um dos maiores problemas na recomendação de genótipos superiores, por reduzir a taxa de progresso num programa de melhoramento de qualquer espécie (Muneri; Raymond, 2000).
Tipos de interação genótipo e fenótipo
As interações podem ser simples ou cruzadas. A interação simples, também chamada de quantitativa, acontece quando há mudança na magnitude de performance dos genótipos, mas seu ordenamento permanece inalterado em diferentes ambientes. Assim, indicam que as populações são geneticamente heterogêneas e os ambientes homogêneos, ou vice-versa.
Já a interação cruzada, também conhecida como qualitativa, em que há respostas diferenciadas dos genótipos nos diferentes ambientes, alterando a classificação, sendo importante para manutenção da variabilidade genética e na adaptação de espécies. Pode ocorrer ausência de interação quando as condições ambientais não alteram o comportamento dos genótipos, afetando o comportamento deles de maneira igual.
Objetivando classificar os tipos de interação de acordo com as magnitudes das diferenças entre genótipos e entre ambientes, Dunlop (1962) sugeriu quatro tipos de interações:
(a) “grande x grande” é o tipo de interação em que as diferenças entre os genótipos, assim como as diferenças entre os ambientes, são relativamente grandes;
(b) “grande x pequeno” se caracteriza quando as diferenças entre os genótipos são relativamente grandes (por exemplo, espécies ou procedências), enquanto os ambientes pouco diferem;
(c) “pequeno x grande” é o tipo de interação onde os genótipos possuem baixo grau de diferenciação (famílias ou clones), enquanto os ambientes são consideravelmente distintos (por exemplo áreas marcadas por histórico de fertilização diferentes);
(d) “pequeno x pequeno” é o tipo de interação em que os genótipos são similares (famílias e clones) e os ambientes pouco diferem, podendo ser repetições em blocos dentro de um sítio. Dessa forma, tais diferentes situações poderão fazer parte de um programa de melhoramento dependendo da fase em que ele se encontra.
Considerando o objetivo do melhoramento em obter genótipos produtivos e de qualidade, geralmente, a interação G x A não é desejável, por inviabilizar o desenvolvimento de uma única unidade de recomendação de clones.
Efeitos da interação genótipo e fenótipo
Com isso, Vencovsky e Barriga (1992) citam alternativas para atenuar os efeitos dessa interação:
(1) identificar genótipos específicos para cada ambiente;
(2) promover subdivisões de uma área heterogênea em sub-regiões mais uniformes, de modo que os genótipos não interajam significativamente com os ambientes;
(3) identificar genótipos com maior estabilidade fenotípica.
De acordo com Ramalho et al. (1993) e Cruz e Regazzi (1994), na maioria das vezes, a opção mais utilizada é a (2), seguida pela opção (1) dentro da (2). O item (3) requer análises mais aprofundadas sobre o desempenho genotípico, com base nos parâmetros adaptabilidade e estabilidade, pelos quais se torna possível a identificação de cultivares de comportamento previsível e que sejam responsivos às variações ambientais, em condições específicas ou amplas.
O melhoramento genético de plantas é a ciência que tem como objetivo aumentar a frequência de bons alelos nas populações dos vegetais, para que sejam desenvolvidas suas qualidades ou para adicionar características que vão desempenhar uma função benéfica à produção agrícola.
Geralmente, a escolha dos alelos favoráveis permite que as espécies de cultivares sejam mais produtivas e resistentes ou tolerantes às pragas, doenças, estresses climáticos e outros.
A atividade é desenvolvida de modo contínuo e pode ser considerada como uma forma ecologicamente responsável de aumento da produção com qualidade além de gerar uma maior variabilidade dos alimentos.
Os programas que são desenvolvidos nesta vertente buscam assegurar a alimentação da população que cresce a cada ano, contribuindo diretamente para a segurança alimentar, saúde e nutrição das pessoas.
O legado de Mendel
O melhoramento genético de plantas começa com a escolha dos genes, que não é uma prática recente, os primeiros agricultores já faziam a seleção de espécies visando uma melhor produção. Porém, os experimentos de Gregor Mendel e suas ervilhas, em 1856, valendo-se da estatística deu um caráter científico a este método dando origem à Genética.
O pai da Genética abriu possibilidades para estudos da manipulação da hereditariedade, melhoramento e desenvolvimento de cultivares.
Hoje, o modo de avaliar e selecionar os genes das plantas conta com métodos não só da Genética, mas também da Biologia Molecular, Agronomia, Eng. Florestal, Bioinformática, Fitopatologia e outras áreas
A interação de Genótipo X Ambiente, do melhoramento de plantas
O genótipo é a constituição genética total de um organismo, ou seja, é a sequência de nucleotídeos do DNA.
Já o fenótipo é a expressão de uma característica, que depende do genótipo e do ambiente, que são as circunstâncias ao redor de um organismo ou grupo de organismos e que afetam o seu crescimento e desenvolvimento.
A interação é baseada na ação que se estabelece entre eles, seja ela recíproca ou de um sobre o outro.
A importância da interação para o melhorista está na identificação do melhor genótipo para cada ambiente específico. O teste da interação do genótipo com o ambiente pode demandar tempo e dinheiro no programa de melhoramento.
Dessa forma, seu trabalho deve ser cuidadoso, porque um genótipo pode não ser adequado para um ambiente, mas pode ter desempenho satisfatório em outro.
Os estudos usam da estatística para comparar as performances dos genótipos em diferentes ambientes. Eles poderiam ser considerados estáveis (com desempenho consistente) ou instáveis (com performance inconsistente).
Porém, não era o suficiente para saber o ganho genético obtido em um ambiente. Esta informação é fundamental para que o melhorista escolha as melhores soluções para as cultivares.
As interações podem ser simples ou cruzadas
A interação simples, também chamada de quantitativa, acontece quando há mudança na magnitude de performance dos genótipos, mas seu ordenamento permanece inalterado em diferentes ambientes. Assim, indicam que as populações são geneticamente heterogêneas e os ambientes homogêneos, ou vice-versa.
Já a interação cruzada, também conhecida como qualitativa, em que há respostas diferenciadas dos genótipos nos diferentes ambientes. Alterando a classificação, sendo importante para manutenção da variabilidade genética e na adaptação de espécies.
Pode ocorrer ausência de interação quando as condições ambientais não alteram o comportamento dos genótipos, afetando o comportamento deles de maneira igual.
Os programas de melhoramento de plantas podem atuar na produção de soja, por exemplo. No Brasil, a planta é produzida em ambientes diversos, com altas ou baixas latitudes, visando muitas vezes à elevação dos teores de proteínas e óleo, por exemplo.
Dessa forma, a sua produtividade depende não só da seleção de genótipos de alto desempenho, mas também, das condições ambientais, capazes de gerar as expressões fenotípicas.
A Interação de Genótipo X Ambiente, faz parte do melhoramento de plantas, ciência busca desenvolver as qualidades dos vegetais ou adicionar características que beneficiem à produção agrícola.
Como funciona um programa de melhoramento de plantas?
O programa de melhoramento genético de plantas precisa ter uma boa estrutura para a realização das atividades. De início, o melhorista deve mapear os problemas que existem na região de produção e definir um objetivo.
Esta etapa é importante porque vai ajudar a direcionar a seleção dos alelos visando solucionar ou minimizar os problemas ou aumentar os ganhos de produtividade.
Entre os objetivos mais comuns estão: o aumento da produtividade, o desenvolvimento de cultivares adaptadas a uma região geográfica, a resistência a doenças ou cultivares com melhor qualidade nutricional.
A outra etapa consiste em conseguir populações bases ou suplementares. Que vão ser as fontes dos alelos favoráveis a serem introduzidos nas populações existentes, gerando uma nova cultivar. As populações bases precisam ter uma variabilidade genética para que se possa encontrar nelas os alelos de interesse.
Uma boa seleção dos alelos das plantas é feita com planejamento e objetivo. Após definir a finalidade do programa, o especialista precisa estar atento ao desenvolvimento das atividades.
Será preciso também ter flexibilidade para incluir novos objetivos e novas ferramentas tecnológicas, principalmente da biologia molecular e bioinformática, que possam gerar eficiência de seleção nas plantas.
Deste modo, compreender o funcionamento da seleção genômica torna-se importante para obter resultados satisfatórios.
Seleção genômica
Genoma é a sequência completa de DNA (ácido desoxirribonucleico) de um organismo, ou seja, o conjunto de todos os genes da grande maioria dos seres vivos.
A ciência que estuda o genoma, ou seja, o sequenciamento e as informações geradas é a Genômica. Ela surgiu para compreender como os genes estão organizados no genoma, sua função, regulação e interação com outros genes.
As pesquisas na área da Genômica e Biologia Molecular possibilitaram identificar os marcadores genéticos dos organismos. Eles são qualquer elemento capaz de diferenciar, prever e caracterizar um indivíduo por meio do seu genótipo e que seja capaz de reproduzir na descendência.
Após a identificação, os marcadores ajudam na identificação de características de interesse, como resistência de doenças, resistência a pragas, estresses hídricos etc.
Eles podem ser de microssatélites (SSR), muito usado em estudos de ancestralidade devido sua alta reprodutibilidade e fácil execução; os SNPs, que detectam mutações e polimorfismos através de alterações de uma única base no genoma; e outros.
Em 2001, o agrônomo e professor de bioinformática, Theodorus Meuwissen, junto a outros pesquisadores se propuseram estimar os efeitos dos marcadores genéticos nos animais. Como resultado, surgiu a seleção genômica ampla, técnica que também é utilizada no Melhoramento genético vegetal.
Seleção Genômica Ampla
Na seleção genômica ampla ocorre o prognóstico dos efeitos genéticos de diversos marcadores genéticos que se encontram dispersos no genoma do organismo. Dessa forma, é possível estimar os efeitos baseados nos dados fenotípicos da população de estimação.
Após esta etapa, eles são testados em uma população de validação e, em seguida, são selecionados aqueles que contenham as informações que explicam a variância genética do caráter estudado. Por fim, a informação é incorporada à etapa de seleção do programa de melhoramento genético vegetal.
O ponto chave da análise destes marcadores é a estimação dos efeitos, uma vez que o número de parâmetros que precisam ser estimados é muito superior ao número de observações fenotípicas disponíveis.
Foto: IAPAR (Instituto Agronômico do Paraná)
No melhoramento genético vegetal é fundamental a escolha de alelos favoráveis que possibilitem o desenvolvimento de cultivares resistentes ou tolerantes às adversidades. A seleção genômica, dessa forma, auxilia na identificação dos marcadores genéticos e possibilita ao melhorista estimar os efeitos em uma população de larga escala.
Métodos de melhoramento genético de plantas
Os métodos de melhoramento genético de plantas são caminhos que o especialista vai utilizar para fazer a seleção dos genes. Eles variam de acordo com o tipo de objetivo, modo de reprodução da planta e população base.
O intuito é gerar a cultivar, um grupo de indivíduos de qualquer gênero ou espécie vegetal superior, determinado pelo seu fenótipo e genótipo. Há variados métodos, podendo ser de linhas puras, multilinhas, híbridos, sintéticos e outros. O maior desafio do melhorista é desenvolver cultivares superiores às que já existem no mercado.
O programa terá boas chances de obter êxito se forem realizadas avaliações fenotípicas periodicamente e se houver cuidado com a manutenção da semente para a distribuição.
Melhoramento genético florestal
O melhoramento genético florestal pode ser considerado como uma ciência relativamente nova, que teve seu maior desenvolvimento mundial a partir de 1950 e, no Brasil, a partir de 1967.
Naquela época, a silvicultura Florestal no Brasil vivia um período de intensa atividade de reflorestamento, alimentada pelos incentivos fiscais do governo. Visando a produção de matéria-prima florestal, principalmente para o abastecimento de carvão vegetal para as indústrias siderúrgicas e de madeira para as indústrias de celulose e papel.
De maneira bem simples o melhoramento de plantas consiste em modificar seu patrimônio genético, com a finalidade de obter variedades, ou híbridos. Estes que apresentam maior rendimento, com produtos de alta qualidade e capazes de se a adaptar às condições de um determinado ambiente, além de exibirem resistência às principais pragas e doenças.
Ele tem como base os conhecimentos da área de genética, tratando-se talvez do que poderíamos chamar de genética aplicada, que é uma área do conhecimento que exige a integralização e uso de várias outras disciplinas e campos do conhecimento. Como a botânica, taxonomia, genética, citologia, fitopatologia, entomologia, biologia molecular, fisiologia, estatística, entre outras.
Esta ciência apresenta peculiaridades e aspectos próprios, já que as espécies arbóreas são perenes, de ciclo muito longo e com diversidade de sistemas reprodutivos.
Características do melhoramento genético florestal
Embora os objetivos do melhoramento genético de espécies florestais sejam específicos para cada finalidade industrial ou de uso direto da matéria-prima, existem alguns aspectos de interesse comum.
Características como incremento volumétrico, forma de fuste, produção de sementes e tolerância às adversidades do meio são fundamentais para todos os setores como ponto de partida para seus objetivos específicos.
A variabilidade existente nessas características básicas precisa ser explorada para tornar os empreendimentos florestais mais produtivos e abrangentes em todas as regiões.
O programa de Melhoramento Genético Florestal parte de uma população-base, a partir da qual a seleção será implantada em diferentes intensidades. Essa população selecionada servirá para a produção de sementes ou de mudas clonais, além de servir para a recombinação em novos cruzamentos.
Cruzamentos entre plantas perenes têm sido utilizados para a obtenção de características tecnológicas da madeira e da polpa, as quais apresentam herdabilidade de média a alta magnitude.
No entanto, os limites de variabilidade verificados nas espécies tradicionalmente plantadas no Brasil, tornam-se um empecilho para a obtenção de indivíduos que possam dar saltos quantitativos e qualitativos no desempenho industrial.
Propagação vegetativa e cultura de tecidos vegetais
Dentre os métodos mais usados para o Melhoramento Florestal, está a seleção de árvores elites e a sua propagação por meio de clonagem. Plantios clonais oferecem vantagens para a produtividade devido aos seus ganhos genéticos que podem ser aditivos por meio de seleção massal e propagação de indivíduos-elite.
São construídos os jardins clonais, ou minijardins clonais, ou ainda, por micropropagação. Antes do plantio, os clones são submetidos a testes clonais, que consistem em plantá-los em diferentes condições no intuito de confirmar a superioridade existente no material genético.
Os minijardins clonais que utilizam a técnica de miniestaquia apresentam grande contribuição para a produção florestal e, nessa área, o Brasil apresenta-se como destaque mundial. Os minijardins estão cada vez mais evoluídos, permitindo a redução de área para produção inicial, a redução no tamanho das estacas e o incremento na produção.
Já as técnicas de Cultura de Tecidos vêm sendo utilizadas de diferentes formas para o desenvolvimento de cultivares superiores de plantas. De maneira geral, elas são requeridas em determinada etapa dos programas de melhoramento, oferecendo novas alternativas e, muitas vezes, soluções únicas.
Deste modo, a micropropagação é a técnica mais utilizada da Cultura de Tecidos e, talvez, a de maior impacto. Possui ampla aplicação na multiplicação de plantas lenhosas como árvores-elite, possibilitando a obtenção de clones mais produtivos.
Portanto, a técnica de embriogênese somática também é amplamente empregada, especialmente para o desenvolvimento de propágulos de coníferas, possibilitando a propagação massal de famílias-elite de árvores.
Ela oferece potencial para a produção e para o armazenamento de germoplasma de clones, além da propagação de um número ilimitado de plantas.
Finalização do programa de melhoramento genético
Após realizar todas as etapas do melhoramento genético de plantas e uma nova cultivar for criada vai ser necessário cadastrá-la no Registro Nacional de Cultivares (RNC). Trata-se de um sistema de controle da produção e comercialização de sementes e mudas do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA).
Este registro exige diversas avaliações necessárias para distinguir a cultivar elaborada de outras que já existem no mercado.
O melhoramento genético pode ser realizado em diferentes culturas, sejam elas agronômicas ou florestais. Vale a pena se aprofundar no assunto realizando cursos de pós-graduação que possibilite ao profissional se especializar de maneira eficiente nas mais variadas técnicas utilizadas.
A escassez de gramíneas forrageiras adaptadas ou desenvolvidas para o Semiárido brasileiro é um dos grandes problemas enfrentados pelos criadores na região e foi o tema abordado durante um ciclo de palestras promovido pela Embrapa Caprinos e Ovinos, no último dia 12, em Sobral (CE). O evento contou com a participação de representantes da Associação para o Fomento à Pesquisa de Melhoramento de Forrageiras (Unipasto), pesquisadores, estudantes, criadores e técnicos, que discutiram sobre as expectativas em relação às pesquisas realizadas nessa área e a importância de uma aproximação com o mercado, a fim de que as soluções desenvolvidas atendam de fato às necessidades locais.
De acordo com a pesquisadora da Embrapa Gado de Corte, Cacilda Borges do Valle, as pesquisas que estão se iniciando no Semiárido são semelhantes àquelas que começaram há cerca de 30 anos na região Centro-Oeste e possibilitaram o desenvolvimento da pecuária no Cerrado. “Aqui o trabalho deve ser feito com material mais resistente para a produção com escassez de água, o importante é viabilizar a atividade pecuária na região. Com certeza vai ser possível pular algumas etapas e alcançar resultados mais rápidos do que nós tivemos no Centro-Oeste”, afirmou.
Cacilda ministrou palestra aos participantes do evento sobre o melhoramento genético de gramíneas forrageiras e ressaltou a importância das pastagens para a pecuária brasileira. “As pastagens são a base da nossa pecuária, que representa 31% do PIB do agronegócio no país, sendo que 3,2% de toda a exportação do Brasil em 2017 foi carne”. Para ela, o baixo custo de produção de carne no país faz do Brasil um ator importante no mercado internacional. No entanto, uma das grandes preocupações dos pesquisadores é a pouca variedade nas áreas de pastagens, o que as torna mais suscetíveis a problemas como pragas e doenças, por isso os programas de melhoramento genético buscam produzir novas alternativas para diversificar os pastos considerando a produtividade, sustentabilidade, valor nutritivo e a resistência a esses males. Os resultados, porém, devem aparecer a médio e longo prazo, entre 8 e 10 anos.
Parceria com o setor privado para viabilizar pesquisas
O mercado é grande e desperta interesse das multinacionais, mas os recursos governamentais aportados têm diminuído. Por isso, os especialista afirmam que é importante a formação de parcerias com o setor privado que possibilitem a realização das pesquisas. Parceira da Embrapa em diversos estudos, “a Unipasto atua identificando demandas do setor produtivo e disponibilizando recursos para agilizar os programas de melhoramento”, afirma o diretor executivo da Associação, Marcos Roveri, que apresentou palestra sobre aspectos importantes na produção de gramíneas forrageiras tropicais.
Ainda não existe um acordo formal entre a Unipasto e a Embrapa Caprinos e Ovinos e grande parte dos associados da entidade estão na região dos Cerrados, “mas existe a possibilidade de formalização de parceria na medida em que avancem os estudos para o desenvolvimento/adaptação de forrageiras para a região semiárida porque há uma demanda no mercado”, conclui Roveri.
Desafios para os programas de melhoramento vegetal
A pesquisadora da Embrapa Caprinos e Ovinos, Luice Bueno, que coordenou o evento, encerrou o ciclo de palestras falando sobre os desafios enfrentados pelos programas de melhoramento genético no Semiárido, enfatizando a importância de trabalhar de forma planejada para aproveitar o período chuvoso. Destacou, ainda, a capacidade de resiliência das espécies existentes na região e as particularidades locais como o alto custo e a baixa produtividade dos sistemas de criação.
A programação foi finalizada com um debate com os representantes do setor produtivo presentes, com uma discussão sobre a dificuldade de acesso às sementes, a adaptação de forrageiras às mudanças climáticas e a integração lavoura-pecuária, que de acordo com Marcos Roveri é o que está viabilizando a atividade no bioma Cerrado. “É importante pensar no desenvolvimento de cultivares que se adaptem a sistemas integrados com outras culturas e que suportem o sombreamento, por exemplo”, explicou. Para ele, é essencial entender o cenário da região e a demanda dos criadores locais para desenvolver forrageiras que se adequem e atendam de fato às necessidades existentes.
A Espectroscopia no Infravermelho Próximo, ou NIR (Near-Infrared Spectroscopy, na sigla em inglês), é uma das mais versáteis e promissoras ferramentas do setor agrícola. Seu emprego tem auxiliado a caracterizar material genético de caju, analisar compostos de plantas medicinais e até agilizar a seleção de frutas, aprimorando o controle de qualidade. Todas essas aplicações feitas com velocidade muito maior do que os métodos convencionais.
Uma pessoa bem treinada consegue selecionar uma fruta por segundo, em um centro de embalagem e distribuição de frutas. Utilizando a NIR, é possível ampliar a produtividade de seleção para mais de 50 frutas por segundo.
As frutas seguem em uma esteira e passam pelo aparelho, que capta comprimento de onda e a intensidade da absorção de luz infravermelha. Os resultados são estimados por meio dos espectros captados. De acordo com modelos matemáticos e parâmetros previamente estabelecidos que associam as respostas obtidas a atributos de qualidade, as frutas são rapidamente selecionadas e separadas para diferentes destinações. O método permite a determinação simultânea de vários atributos de qualidade, tais como doçura, acidez, vitaminas, firmeza e, até, compostos funcionais
“Estudos realizados com aplicação de NIR em frutas mostram que se consegue selecionar 70, 80 até 100 frutas por segundo”, diz o pesquisador Ebenezer Silva, da Embrapa Agroindústria Tropical (CE), responsável por estudos que utilizam a técnica para melhorar o controle de qualidade em diversas aplicações agroindustriais.
Silva explica que a técnica tem sido usada na chamada “Indústria 4.0”, ou quarta revolução industrial, para realizar o controle de qualidade em tempo real. As aplicações estão cada vez mais próximas dos consumidores. Existem estudos para embarcar a tecnologia em smartphones. Assim, usando equipamentos NIR do tamanho de um chip, associado ao Big Data armazenado na nuvem, o consumidor poderá selecionar, com uma foto, as melhores frutas em uma gôndola de supermercado. Será possível saber, por exemplo, quão doce e suculento está um melão.
O NIR é capaz de realizar análises de forma rápida, sem destruir as amostras, eliminando a necessidade de realização de testes laboratoriais sofisticados e caros. O pesquisador esclarece, ainda, que é importante investir no desenvolvimento de modelos de calibração, já que esses protocolos podem custar caro. “A tecnologia é cara se vai buscar modelos de fora, porque os modelos são patenteáveis”, salienta.
Método facilita organização de material genético de cajueiro
A técnica NIR está em uso desde 2015 para acelerar a organização do Banco Ativo de Germoplasma do Cajueiro (BAG Caju) da Embrapa, que reúne os exemplares de plantas utilizados no Programa de Melhoramento Genético do Cajueiro. A expectativa é reduzir drasticamente os custos e o tempo de caracterização do banco, bem como facilitar futuras pesquisas com novos usos da planta.
“Seria uma forma de turbinar a caracterização do banco, de investigar aspectos de interesse de cada acesso, mesmo quando só temos uma árvore”, diz a pesquisadora Ana Cecília Ribeiro de Castro, coordenadora do BAG Caju.
O trabalho começou com a construção de um banco de espectros dos pseudofrutos e castanhas. Depois, os pesquisadores correlacionaram o banco de espectros com os dados obtidos em laboratório para determinadas características de interesse. No futuro, a caracterização de acessos do BAG Caju poderá dispensar a necessidade de realização de demorados e dispendiosos testes de bancada nos laboratórios.
“Podemos caracterizar o banco só com a captura dos espectros. Isso leva um tempo, mas é infinitamente mais rápido e ordenado do que analisar fruto a fruto no Laboratório de Pós-colheita”, explica a pesquisadora Ana Cecília Castro. “Quanto mais dados eu tenho, mais fácil será a utilização do acervo para outros fins. Seja a aplicação direta na química, seja para o melhoramento genético. Por isso, a caracterização é uma atividade contínua, que se aprimora com ferramentas analíticas como NIR”, detalha a pesquisadora.
Análise de planta medicinal sem usar reagentes
Outro estudo com NIR realizado na Embrapa resultou em um método para identificar diferentes quimiotipos de macela-da-terra (Egletes viscosa), planta da família do girassol que possui propriedades farmacológicas. O aparelho capta os espectros de luz infravermelha de um pequeno punhado de inflorescências e identifica características da amostra. O procedimento dura poucos minutos e não usa reagentes.
Silva acredita que o modelo desenvolvido para macela-da-terra pode, no futuro, passar por ajustes para utilização na indústria. “É útil para controlar algumas características ou compostos de interesse em alta velocidade e com alta precisão”, afirma.
No caso da macela-da-terra, a composição química do óleo essencial, que é uma característica intrínseca para cada quimiotipo, pôde ser determinada indiretamente por meio de modelos matemáticos aplicados aos espectros de infravermelho de suas inflorescências. No método convencional, seria necessário extrair o óleo, um processo que demora de três a quatro horas, e em seguida analisá-lo em um equipamento de bancada (cromatógrafo gasoso com espectrômetro de massas), processo que poderia demorar mais de uma hora.
Por enquanto, o modelo desenvolvido para macela-da-terra está em uso no laboratório para seleção de material utilizado em um projeto que estuda o potencial da planta para tratamento de problemas gastrintestinais. Mas o protocolo também poderá ser aplicado, futuramente, na indústria para o controle de qualidade da matéria-prima.
O projeto, em curso no Laboratório Multiusuário de Química de Produtos Naturais em Fortaleza (CE), deve avaliar a atividade gastroprotetora dos dois quimiotipos (exemplares que apresentam características químicas diferentes). Pretende, ainda, desenvolver métodos de autenticação botânica dos diferentes tipos da planta para avaliar qual o mais eficiente. “Uma vez que eles realmente apresentem diferença significativa em atividade biológica, será necessário um método que permita a seleção e o controle de qualidade”, explica o pesquisador Kirley Canuto.
O pesquisador acredita que esse tipo de teste rápido é útil para o controle de qualidade na indústria de processamento de plantas aromáticas e medicinais. “Uma mesma planta pode ter diversos quimiotipos, que muitas vezes não são identificáveis a olho nu”, explica o pesquisador. “Por esse motivo, são necessários métodos para garantir que aquele produto contém o quimiotipo que apresente o conjunto de substâncias ativas”, explica.
