O Núcleo de Biotecnologia Aplicada a Cereais de Inverno (NBAC) é atualmente organizado em diferentes áreas de atuação: cultura de tecidos, citogenética (clássica e molecular), marcadores moleculares, expressão gênica (análise de transcritos e de proteínas) e bioinformática. O NBAC prioriza a multidisciplinaridade e visa contribuir para o conhecimento e o entendimento de como os genes estão organizados nos genomas, com ênfase na cultura do trigo e demais cereais de inverno. Esforços continuados estão centrados na caracterização de germoplasma e no mapeamento, isolamento e caracterização de genes associados a respostas das plantas a estresses (bióticos e abióticos) ou, ainda, à qualidade de uso final dos produtos derivados de cereais. Através do emprego de diferentes técnicas e metodologias, o NBAC busca o desenvolvimento de ferramentas prontamente aplicáveis nos programas de melhoramento de cereais de inverno da Embrapa. O objetivo geral do trabalho desenvolvido é o de inovação tecnológica, com intensa base científica e a disponibilidade de acervos genéticos adequados e organizados para uso imediato, de médio e longo prazos, dotando-se o agronegócio brasileiro de vantagens competitivas inéditas para consolidar o país entre as lideranças científicas e tecnológicas mundiais.

Atualmente, o NBAC está constituído pelos seguintes pesquisadores e suas respectivas titulações e áreas de referência:

Associados à área de biotecnologia atuam pesquisadores dos Núcleos de Melhoramento e Fitossanidade, além de analistas e estagiários dos níveis de graduação e pós-graduação oriundos de diversas Universidades.

Cultura de tecidos

Maneiras eficientes para a produção de novas variedades de trigo e de cevada vêm sendo constantemente procuradas. Nos últimos anos, inúmeros estudos foram realizados com o objetivo de acelerar o processo de obtenção de novas variedades destes cereais. A obtenção de plantas duplo-haplóide a partir da cultura in vitro, ou seja, cevada de proveta, é uma das formas recomendadas. As plantas originadas por esta técnica serão totalmente uniformes em apenas um ano. Esta é uma grande vantagem, se for comparado ao sistema normalmente utilizado na criação de uma nova cultivar de trigo ou de cevada. Na maneira tradicional, são necessários de 7 a 8 anos para ter a cultura pronta, testá-la quanto ao seu potencial de rendimento e somente então disponibilizá-la aos agricultores.

Marcadores moleculares

Marcadores genéticos são marcas que podem ser obtidas através das proteínas, de isoenzimas e do DNA que evidenciem diferenças entre indivíduos, que sejam reproduzidas nas progênies e que possam ser utilizadas para correlacionar com outras características de interesse. A aplicação desses marcadores pode ser para estudos básicos de genética, estimar a diversidade genética ou para seleção assistida das plantas melhoradas por meio de seleção indireta com base nos marcadores, entre outras inúmeras utilizações. Em relação aos marcadores protéicos de trigo, se realiza a eletroforese de proteínas de reserva (gluteninas e gliadinas) associadas à qualidade tecnológica para caracterização do germoplasma utilizado no melhoramento de genótipos nacionais. Na Embrapa Trigo, estão sendo conduzidos estudos com marcadores moleculares de trigo para associação com fatores abióticos à tolerância à germinação na espiga, à tolerância ao alumínio, à seca e qualidade tecnológica e a fatores bióticos como resistência à ferrugem da folha, à brusone, entre outras características de valor agronômico.

Citogenética Clássica e Molecular

A citogenética estuda os constituintes celulares portadores da informação genética, ou seja os cromossomos. As pesquisas científicas desenvolvidas nesta área estão associadas ao melhoramento genético vegetal e visam a seleção de material genético de uma determinada espécie. Os estudos citogenéticos iniciados na Embrapa Trigo datam das décadas de 70 e 80 e, desde então, vêm impulsionando as demais áreas da biotecnologia. Atualmente, as análises realizadas referem-se à viabilidade polínica e estabilidade genética durante os processos de cruzamentos, a fim de monitorar as progênies resultantes e o mecanismo de herança das espécies. Isso permite o uso de procedimentos adequados à manipulação genética em um programa de melhoramento, bem como na bioprospecção de genes agronomicamente importantes.

Bioinformática

A bioinformática caracteriza-se pela interdisciplinaridade, utilizando conhecimentos das Ciências da Computação, Biológicas e Matemáticas, para o desenvolvimento de ferramentas que possibilitem melhor e mais rápida interpretação na busca de soluções de problemas biológicos. Com este fim, a bioinformática tem um papel importante tanto na análise quanto na organização de resultados, permitindo o agrupamento, a identificação e a comparação de dados de uma espécie ou entre espécies. A combinação de ferramentas de bioinformática possibilita a aquisição de informações que podem levar, em tempo hábil, ao entendimento e ao delineamento de novas estratégias para a solução de problemas. Isto é fundamental em tempos onde a velocidade na aquisição, interpretação e uso destes dados pode representar ganhos em culturas com importância mundial, como a do trigo e outros cereais de inverno. O avanço nas técnicas da Biologia Molecular permitiu um salto qualitativo e quantitativo na obtenção de informações, em busca da seleção de genótipos assistida por marcadores. Com a criação de consórcios internacionais e o uso de diferentes abordagens, ocorreu um grande aumento no volume de dados culminando, em 2002, na formação de um consórcio internacional para o sequenciamento do genoma do trigo, que está em andamento. Assim, espera-se para os próximos anos um grande avanço no conhecimento, e a possibilidade de obtenção de cultivares com maior grau de tolerância ou resistência tanto às principais doenças quanto aos fatores ambientais.

Expressão gênica

A área de expressão gênica do NBAC é dedicada ao estudo de como e quanto os genes são expressos ao longo do desenvolvimento, e em resposta a estresses bióticos e/ou abióticos. Há dois níveis principais de expressão gênica: 1) transcricional (RNA); 2) traducional (proteínas). A informação contida nos genes (DNA) da planta é transcrita em RNA. O RNA, por sua vez, é traduzido em proteínas. Cada célula vegetal possui os mesmos genes. A diferença entre as células da folha em relação às presentes nas espigas do trigo, por exemplo, é o nível de expressão destes genes. Variações das quantidades de transcritos (informação contida no RNA) e de proteínas faz com que as células sejam, em última instância, diferentes. Os estudos de expressão gênica transcricional estão em sua fase inicial no NBAC e estão baseados na técnica de PCR quantitativa. Esta técnica permite não apenas a identificação da presença de um RNA específico de um gene, mas também a sua quantificação, possibilitando estudos de expressão diferencial; ou seja, quais genes apresentam alteração na expressão quando a planta é submetida a um estresse, por exemplo. No que diz respeito às proteínas, elas podem ser estudadas através de técnicas que as separam em uma dimensão (monodimensional) – em função de sua massa OU pH, por exemplo; ou, em duas dimensões (bidimensional) – em função de sua massa E pH. Esta última técnica é a principal usada para o estudo em larga escala de misturas complexas de proteínas, sendo considerada como um dos pilares da área de pesquisa conhecida como proteômica. Assim como a técnica de PCR quantitativa, a eletroforese bidimensional também proporciona a obtenção de informações quantitativas, constituindo-se como uma poderosa ferramenta complementar aos estudos de expressão transcricional. A grande vantagem da abordagem de proteômica está na possibilidade de detecção de modificações que ocorrem nas proteínas, responsáveis pelos processos metabólicos diretamente relacionados com os fenótipos observados nas plantas. No caso específico do NBAC, a separação monodimensional de proteínas de reserva consiste em uma técnica empregada em rotina no laboratório. Graças a ela, proteínas do tipo “Gluteninas de Alto Peso Molecular” dos diferentes genótipos de trigo analisados podem ser visualizadas. O conhecimento destas proteínas é importante, pois elas têm correlação direta com parâmetros de qualidade tecnológica do trigo e que definem o uso final do grão.