Atualmente, o Brasil situa-se entre os 10 maiores países em florestas plantadas do mundo, contando com 6,4 milhões de hectares. Destes, cerca de 4,8 milhões de hectares estão florestados com pinus e eucalipto. Até o final de 2010 está previsto um acréscimo no plantio anual de 152 mil hectares, o que representa um adicional de 41% em relação aos plantios realizados no período de 1995 a 2000. Esses plantios estarão concentrados nos Estados de São Paulo, Bahia, Espírito Santo, Amapá, Minas Gerais, Pará, Paraná, Santa Catarina, Mato Grosso do Sul e Rio Grande do Sul.
Tendo em vista a importância econômica das espécies florestais desde então, árvores maduras com características fenotípicas desejáveis vêm sendo selecionadas ao longo do tempo e incorporadas em programas de melhoramento, visando à obtenção de genótipos mais produtivos. Embora esses programas tenham contribuído de forma expressiva para o aumento da produtividade no setor florestal, os mesmos têm esbarrado em limitações conseqüentes de características intrínsecas a essas espécies, destacando-se o longo tempo necessário para as plantas atingirem uma estabilidade fenotípica e maturidade reprodutiva, dificuldade de controle nos cruzamentos entre espécies, baixa variabilidade genética, entre outras.
Em decorrência dos problemas expostos, na década de 80, as técnicas biotecnológicas vieram juntar-se ao melhoramento genético convencional, permitindo a obtenção de genótipos com maior produtividade e qualidade. Dentre essas técnicas, destaca-se a transformação genética, a qual consiste na introdução controlada de um gene ou fragmento de DNA no genoma de uma célula receptora e sua posterior expressão.
Dessa forma, a transformação abre novas perspectivas aos programas de melhoramento, ampliando e disponibilizando novos genes para determinadas características impostas pela incompatibilidade sexual ou pela variabilidade genética.
Esses genes podem ser introduzidos em cultivares ou genótipos já melhorados, sem modificar a estrutura genética global da planta. Nesse contexto, a transformação genética, aliada à técnica de cultura de tecidos vegetais, obteve avanços consideráveis nestes últimos anos.
De acordo com a FAO, mais de 210 ensaios de campo estão sendo conduzidos em 16 países, envolvendo aproximadamente 15 espécies. Destas, o gênero Populus é o mais estudado com 51% dos ensaios, seguido pelo Pinus, com 23%, pelo Liquidambar, com 11% e o pelo Eucalyptus, com 7%. A maioria destes (64%) estão sendo avaliados nos Estados Unidos, seguidos pela França e Finlândia, na Europa. Das modificações genéticas reportadas em árvores, aproximadamente a metade está relacionada ao método de transformação ou a questões de biologia básica.
Dos ensaios remanescentes, 13% avaliam a tolerância a herbicidas, 12% resistência biótica, 9% a química da madeira e 6% o estudo de fertilidade. Hoje, as características em foco são: aumento na densidade da madeira, redução e modificações no conteúdo e tipo de lignina e aumento no conteúdo da celulose. No Brasil, testes no âmbito de campo estão sendo conduzidos nos Estados de Minas Gerais e São Paulo, com eucalipto contendo gene de tolerância a herbicida.
Cultura de tecidos
A cultura de tecidos vegetais pode ser definida como a manutenção, propagação e regeneração de certas partes da planta (células ou tecidos) em um ambiente livre de microrganismos (assépticas) e em condições controladas (in vitro), constituindo uma das áreas de maior êxito da Biotecnologia.
As diferentes técnicas de cultura de tecidos são hoje utilizadas visando a solucionar problemas em diferentes segmentos da área agrícola e florestal. Em programas de melhoramento florestal, a propagação vegetativa in vitro, também denominada de micropropagação (multiplicação de gemas axilares ou apicais), tem especial destaque porque permite a manutenção e multiplicação rápida de mudas, a partir de um genótipo superior, em períodos de tempo e espaço físico reduzidos, além de assegurar um material livre de patógenos.
No processo de transformação genética, é importante ressaltar que somente um pequeno número de células-alvo recebem e integram de forma estável o DNA exógeno, sendo necessário, para a recuperação das células transformadas, o uso de um eficiente sistema de seleção e regeneração.
O sucesso da regeneração in vitro baseia-se na potencialidade que as células vegetais têm de diferenciar-se originando um indivíduo (totipotência) e do controle da morfogênese, a qual é influenciada por vários fatores como tipo de explante, componentes nutricionais, reguladores de crescimento e condições de incubação. Assim, o desenvolvimento de um protocolo de regeneração a partir de uma única célula, associado à escolha de genótipos mais responsivos in vitro, constituem fatores determinantes no sucesso da técnica em espécies arbóreas.
Para a indústria madeireira, a alta produtividade relacionada ao aumento da taxa de crescimento, ao volume do tronco e à qualidade da madeira das espécies florestais são características economicamente importantes e desejáveis para a obtenção de celulose e papel. Todavia, a fase de crescimento e desenvolvimento das plantas é regulada por hormônios vegetais, especialmente pelas giberelinas, as quais desempenham papel-chave neste processo. Dessa forma, a manipulação ou modificação dos níveis destes hormônios nas células vegetais implica o conhecimento do seu modo de ação. A manipulação de hormônios em árvores apresentaram maior crescimento em diâmetro e altura, folhas maiores, fibras do xilema mais numerosas e maiores e, conseqüentemente, aumento da produção de biomassa.
Outra estratégia que provavelmente resultaria em um aumento da produção de madeira em espécie florestal de importância econômica seria induzir a esterilidade via transformação genética. Por outro lado, sugerem como estratégia para o aumento da biomassa a superexpressão de genes ligados à fotossíntese e à via da biossíntese da celulose.
Atualmente, encontram-se disponível um grande número de biopesticidas, os quais são efetivos no controle dos insetos, além de serem inócuos ao homem e a outros organismos. Plantas, bactérias e animais apresentam uma gama de proteínas de defesa (com ação inseticida), incluindo entre estas os inibidores de proteases, os quais são ativados em resposta ao ataque de insetos.
Estes inibidores representam a classe das proteínas de defesa dos vegetais atuando sobre as enzimas digestivas dos insetos, são consideradas uma alternativa aos genes de toxinas.
A obtenção de culturas geneticamente modificadas para a resistência e/ou tolerância a herbicidas é um dos principais sucessos da engenharia genética, uma vez que os herbicidas são considerados ferramentas essenciais da agricultura moderna. Culturas resistentes a herbicidas podem favorecer a utilização de produtos de amplo espectro, menos tóxicos e mais facilmente degradáveis no solo, reduzindo o surgimento de ervas que competem.
Os avanços obtidos sobre o controle do florescimento (esterilidade), em espécies florestais, são apontados como uma estratégia que reduz ou previne a transferência de genes de plantas transformadas para plantas sexualmente compatíveis. Adicionalmente, a esterilidade poderá promover o crescimento vegetativo em árvores, uma vez que a energia consumida para a produção de órgãos reprodutivos seria investida no crescimento da planta, resultando em aumento da produção de biomassa. A macho-esterilidade também poderá tornar-se uma estratégia no controle de cruzamentos de espécies florestais, especialmente em alógamas, otimizando os resultados em programas de melhoramento.
Uma das principais estratégias usadas na obtenção de plantas transgênicas estéreis é a introdução e expressão de genes, os quais, colocados sob o controle de promotores específicos da região do tapetum de anteras, codificam para citotoxinas, causando a morte dos tecidos florais. Outra estratégia utilizada para se obter esta característica em plantas é suprimir ou bloquear a expressão de genes essenciais para o desenvolvimento dos órgãos reprodutivos através do silenciamento de genes obtidos pela cosupressão dos transgenes ou através da tecnologia anti-senso.
Adicionalmente, essas florestas, além de contribuírem para a produção de madeira (fonte renovável de energia), auxiliariam na proteção do meio ambiente através do seqüestro de carbono. Por outro lado, os ganhos agroindustriais destacam-se no aumento da produção e qualidade da madeira, na resistência a insetos e a doenças, na redução de custos durante a produção e processamento da madeira, na redução do uso de químicos para a extração da celulose, na adaptabilidade das plantas, na remediação de áreas contaminadas.
O Brasil é um país com grandes extensões florestais, com cerca de 5,5 milhões de km2 de florestas, o que representa aproximadamente 10% do total destas no mundo. A floresta amazônica possui um estoque de madeira estimado em 60 bilhões de m3 e uma grande diversidade de produtos não-madeireiros, os quais estão apenas começando a ser valorizados nos mercados nacional e internacional. Além disso, abriga uma das maiores diversidades biológicas do planeta, com uma participação notável na conservação de 20% dos estoques de água doce no mundo, absorvendo ainda imensos estoques de carbono, os quais são de extrema importância na regulação do clima regional e global.
Dessa forma, o reflorestamento com espécies nativas, aliados à exploração sustentável das mesmas, é de fundamental importância para a preservação dos ecossistemas e para a geração de benefícios socioeconômicos.
É sabido que a demanda por produtos madeireiros está vinculada ao aumento da população e ao desenvolvimento econômico. Na próxima década, espera-se que esta demanda cresça em torno de 20%, requerendo que, em curto espaço de tempo, a área com plantios florestais seja aumentada, diminuindo com isso a pressão sobre os remanescentes de florestas nativas, a qual atinge taxas de 9,4 milhões ha-1 ano-1. E se, por um lado, cresce a procura por produtos florestais, por outro cresce a preocupação e a demanda pela conservação dos ecossistemas e da biodiversidade. Dentro desse contexto, a engenharia genética assume adicional significância porque possibilita a introdução de um gene desejável em um único passo no processo de melhoramento de espécies florestais.
As espécies florestais alvos para a transformação genética são as Gimnospermas como: Pinus taeda, P. radiata, P.pinaster, Pseudotsuga menziesii, Picea abies, P. nigra e P. sitchiensis. Também as árvores do gênero Populus e seus híbridos, do gênero Eucalyptus, árvores como Quercus robur, Q. patrea e Willow.
Até o momento, consideráveis avanços têm sido realizados usando-se algumas dessas espécies, como a redução ou alteração do conteúdo de lignina, o aumento da resistência a insetos e da tolerância a herbicidas o controle do florescimento, a limpeza de áreas contaminadas, entre outros. Contudo, essa tecnologia continuará desempenhando um papel chave no melhoramento de espécies florestais tendo como alvo o aumento no crescimento, forma e, qualidade da madeira, a resistência a herbívoros e a doenças, a tolerância a herbicidas, aumento de biomassa, produção de proteínas recombinantes, e preservação dos ecossistemas.
Autores: Laudete Maria Sartoretto; Cleber Witt Saldanha e Maisa Pimentel Martins Corder: IILaboratório de Biotecnologia Florestal, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM).
