Autores
Davide D’Angelo, Olga Cannavacciuolo, Francesca Taranto e Nunzio D’Agostino

Jovens revisores

Dorothy e Siri

Resumo

Embora você possa ter visitado um banco durante a vida, talvez para depositar ou sacar dinheiro, é provável que nunca tenha visitado um banco de sementes. Esse edifício não contém dinheiro ou barras de ouro, e sim algo ainda mais precioso: sementes ou outros componentes de plantas pertencentes a mais de 50 mil espécies — aproximadamente 12,5% de todas as espécies de plantas conhecidas. A pressão exercida pelo ser humano sobre os ecossistemas naturais ameaçam muitas plantas, e proteger a vasta gama de vida vegetal na Terra é fundamental para garantir que possamos cultivar alimentos suficientes para todas as pessoas do planeta nos próximos anos. Por essa razão, os cientistas pensaram em congelar sementes e/ou outros elementos de plantas para as preservar e deixá-las disponíveis para o futuro. Os bancos de sementes também permitem aos cientistas estudar a história de determinadas espécies e podem lhes fornecer os recursos necessários para alterar algumas características das plantas de maneira útil.

Alerta de erosão genética!

O DNA de cada organismo contém informações que especificam as características únicas desse organismo. Para as plantas, esses atributos incluem o formato, a cor e o tamanho do fruto. Combinações únicas de características resultam em milhares de espécies de plantas — uma riqueza de vida vegetal chamada biodiversidade* vegetal.

Embora muitas vezes pensemos na biodiversidade em termos de quantas espécies existem em sistemas naturais, como florestas ou selvas, ela também é importante para as plantações agrícolas, que produzem alimentos.

Assim como os seres humanos, as plantas evoluíram a partir de formas antigas ao longo de milhões de anos por meio de processos progressivos, incluindo mudanças naturais no DNA e escolhas humanas sobre quais plantas cultivar ou reproduzir. À medida que evoluíram, as plantas adquiriram novas capacidades úteis, como crescimento mais rápido e aumento da quantidade de produção de alimentos, resistência a doenças e tolerância a estresses ambientais, como a seca.

Hoje, a biodiversidade vegetal da Terra está ameaçada pelas pressões humanas, entre elas, alterações climáticas, poluição e perda de habitat. A diminuição da biodiversidade também reduz o número de pequenas diferenças entre indivíduos da mesma espécie, tornando todos os membros cada vez mais semelhantes. Esse processo é chamado de erosão genética* e pode tornar a sobrevivência de uma espécie mais difícil. Seleção artificial* é um procedimento utilizado por agricultores para reproduzir apenas plantas com características desejáveis (de crescimento rápido, capazes de produzir mais frutos ou frutos maiores e/ou que consigam gerar frutos com vida útil mais longa), o que tem contribuído para a erosão genética. Para explicar esse conceito, imagine uma variedade de tomates com grande biodiversidade, como um baralho de 52 cartas. Cada carta representa uma única variedade de tomate. Agora imagine alguém removendo certas cartas do baralho, uma por uma. A redução na diversidade das cartas representa o que acontece com uma espécie vegetal no processo de seleção artificial (Figura 1).

O que é germoplasma e por que precisamos preservá-lo?

Germoplasma* refere-se aos materiais ou tecidos que armazenam DNA e o transmitem ao longo das gerações. Nas plantas, o germoplasma consiste em qualquer tecido capaz de regenerar uma planta inteira, como sementes, bulbos, tubérculos, raízes, estacas e mudas. As coleções de germoplasma também são conhecidas como bancos de sementes*, pois representam todas as variantes coletadas de uma espécie de planta (Figura 2). As plantas são essenciais para outras formas de vida na Terra, incluindo os seres humanos, pois fornecem oxigénio, alimento, medicamentos e muitos outros produtos fundamentais para o nosso dia a dia. Por essa razão, proteger a biodiversidade vegetal por intermédio da conservação do germoplasma é essencial, uma vez que ela está diminuindo a um ritmo alarmante. Isso significa que muitas espécies de plantas estão desaparecendo, assim como suas propriedades únicas e indispensáveis. A diminuição da biodiversidade vegetal também tem consequências para a segurança alimentar*, que é a oferta e acessibilidade de alimentos a todas as pessoas no mundo.

Nikolai Vavilov, o herói e pai dos bancos de germoplasma

Desde os tempos pré-históricos, os nossos antepassados sempre armazenaram as sementes das plantas para garantir uma colheita futura. A ideia de criar bancos de germoplasma só surgiu no século 20. Nikolai Vavilov, nascido na Rússia, em 1887, foi um botânico e geneticista que entendeu a importância de proteger a biodiversidade vegetal para a agricultura e além. Dedicou a vida a viajar pelo mundo para coletar sementes e amostras de espécies silvestres e cultivadas [1]. Em 1921, Vavilov fundou o Institute of Plant Industry, em São Petersburgo, e sua coleção de sementes e plantas era a maior do mundo. Para as espécies mais importantes para a nutrição humana (como trigo, feijão e grão-de-bico), ele coletou as sementes dos locais em que cada espécie apareceu pela primeira vez na Terra. Por exemplo, as sementes de cereais tiveram origem há milhares de anos no Crescente Fértil, no Oriente Médio.

O trabalho de Vavilov era complicado, em razão das políticas do governo soviético da época, que não apoiava a pesquisa científica. Vavilov argumentava que a biodiversidade vegetal era crucial para a segurança alimentar a longo prazo, o que acreditava ser um direito humano. Por suas ideias, ele foi preso e permaneceu aprisionado até a morte. O precioso e heroico trabalho de Vavilov inspirou pesquisas posteriores e o surgimento de muitos dos atuais bancos de germoplasma.

Como funcionam os bancos de germoplasma?

A conservação das plantas pode ocorrer em coleções, jardins botânicos e bancos de sementes. Os bancos de sementes são edifícios geralmente localizados distante de onde haja muitas espécies de plantas. Eles podem estar em pequenas áreas dentro de centros de pesquisa ou prédios utilizados apenas para a conservação de germoplasma.

Para que as sementes sejam bem conservadas, elas são colocadas em recipientes fechados, protegidos da luz e da umidade. As sementes são rotuladas para que possam ser facilmente identificadas (Figura 2D). Em seguida, são tratadas com produtos químicos para evitar o crescimento de microrganismos. Trabalhadores especializados realizam todas essas tarefas, incluindo botânicos, técnicos de laboratório e curadores. As condições dentro dos bancos de sementes são extremamente importantes. A temperatura deve ser mantida em torno de 2°C para evitar a decomposição dos materiais vegetais. Para conservação a longo prazo, a criopreservação* pode ser utilizada, o que significa manter o germoplasma em freezers com temperatura de cerca de -80°C ou em nitrogênio líquido, a -196°C [2].

Atualmente, o maior e mais tecnologicamente avançado banco de sementes é o Svalbard Global Seed Vault, localizado em uma ilha no Oceano Ártico. Trata-se de um abrigo de segurança máxima capaz de sobreviver a catástrofes como inundações, terremotos, incêndios e até explosões nucleares (Figura 3). A instalação foi construída com o apoio da Organização das Nações Unidas Para a Alimentação e a Agricultura e oferece o armazenamento seguro, gratuito e de longo prazo, funcionando exatamente como um banco financeiro. O germoplasma depositado permanece sendo propriedade exclusiva dos proprietários, que podem retirá-lo a qualquer momento.

Estimar o número de bancos de sementes em todo o mundo é uma tarefa difícil. Uma pesquisa recente afirma que existem mais de 7 milhões de amostras, pertencentes a aproximadamente 50 mil espécies, depositadas em mais de 1.700 instalações do gênero, todas diferentes em estrutura, tamanho e foco [3]. Os bancos de sementes são geralmente financiados por agências governamentais, instituições de pesquisa e organizações de conservação. São estabelecidos como um serviço à comunidade global porque oferecem “garantia” contra as pressões da crise climática e podem manter a futura segurança alimentar e nutricional da humanidade.

O que há de novo no século 21?

Gerenciar todas as amostras nos bancos de sementes é um desafio. Escolher os melhores indivíduos para preservar e formar coleções que representem grande parte da variação genética total da Terra sem muitas amostras idênticas é complexo. Felizmente, uma técnica laboratorial relativamente recente, chamada tecnologia de sequenciamento de nova geração, e o uso de ferramentas da bioinformática* tornam possível comparar sequências de DNA de muitas plantas para identificar padrões de variação entre elas, como um código de barras que reconhece exclusivamente cada produto.

O código de barras do DNA permite, de fato, uma avaliação rápida e abrangente da biodiversidade vegetal. Aprendemos que a variedade dentro ou entre as mesmas espécies vegetais é fundamental para garantir a segurança alimentar da humanidade. Além disso, a biodiversidade protege contra as alterações climáticas, ajuda a combater doenças, apoia as comunidades ao preservar culturas e estilos de vida e produz benefícios econômicos. Todas essas razões deveriam nos levar a preservar a biodiversidade. Esse é um desafio global que afeta todos, em todos os cantos do mundo.

Glossário

Biodiversidade: ↑ variedade de vida na Terra, que pode ser medida pela diversidade presente dentro de uma mesma espécie, por quantas espécies diferentes existem e até mesmo pela multiplicidade de biodiversidade em um ecossistema.

Erosão genética: ↑ qualquer processo natural ou gerado pelo ser humano que, ao longo do tempo, resulte na perda de biodiversidade em populações da mesma espécie.

Seleção artificial: ↑ processo que os humanos controlam para modificar seres vivos, como plantas e animais, por meio da reprodução seletiva.

Germoplasma: ↑ conjunto de recursos genéticos vivos que podem atuar como portadores de herança.

Bancos de sementes: ↑ instalações especiais em que as sementes são armazenadas em condições controladas de temperatura, umidade e luz para preservar a diversidade genética das plantas para o futuro.

Segurança alimentar: ↑ termo utilizado para determinar que todos tenham acesso fácil a alimentos de qualidade de que necessitam para sobreviver e se desenvolver a preços acessíveis.

Criopreservação: ↑ processo de resfriamento e armazenamento de sementes, tecidos e outros materiais biológicos em temperaturas congelantes para preservá-los para uso futuro.

Bioinformática: ↑ área científica que combina biologia, ciência da computação e estatística para analisar grandes quantidades de dados biológicos.

Agradecimentos

Agradecimentos especiais a Wilma Sabetta, do Instituto de Biociências e Biorrecursos do Conselho Nacional de Pesquisa Italiano em Bari, por compartilhar as imagens da Figura 2 sobre a Mediterranean Germplasm Database (https://www.ibbr.cnr.it//mgd/). Os autores também agradecem a Gaetano Aufiero e Carmine Fruggiero pela avaliação crítica do manuscrito e a todos os membros do laboratório GenoPOM pelos interessantes pontos de vista fornecidos durante a redação do texto.

Conflito de interesses

Os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como potencial conflito de interesses.

Referências

[1] ↑ Vavilov, N. I., Vavylov, M. I., Dorofeev, V. F., and Love, D. 1992. Origin and Geography of Cultivated Plants.  Cambridge: Cambridge University Press.

[2] ↑ Panis, B., Nagel, M., and Van den houwe, I. 2020. Challenges and prospects for the conservation of crop genetic resources in field genebanks, in vitro collections and/or in liquid nitrogen. Plants 9:1634. doi: 10.3390/plants9121634

[3] ↑ Mascher, M., Schreiber, M., Scholz, U., Graner, A., Reif, J. C., and Stein, N. 2019. Genebank genomics bridges the gap between the conservation of crop diversity and plant breeding. Nat. Genet. 51:1076–81. doi: 10.1038/s41588-019-0443-6

Citação

D’Angelo D, Cannavacciuolo O, Taranto F e D’Agostino N (2024) Seed Banks: Storing the World’s Plants for the Future. Front. Young Minds. 12:1204137. doi: 10.3389/frym.2024.1204137

Editor

Nathan Good

Mentores de ciência

Christina Richards e Rebecca Stumpf

Datas de publicação

Enviado: 11 de abril de 2023; aceito: 23 de fevereiro de 2024; publicado on-line: 8 de março de 2024.

Copyright © 2024 D’Angelo, Cannavacciuolo, Taranto e D’Agostino.

Autores

Davide D’Angelo

Davide D’Angelo tem mestrado em biotecnologia agroambiental e alimentar. Atualmente, trabalha na área de bioinformática, com foco em estudos de genômica populacional aplicados a espécies vegetais de interesse agrícola. *davide.dangelo@unina.it

Olga Cannavacciuolo

Olga Cannavacciuolo se formou em biotecnologia agroambiental e alimentar. Hoje, é pesquisadora e trabalha na interação entre plantas parasitas do gênero Phelipanche e tomates. 

Francesca Taranto

Francesca Taranto é pesquisadora do Instituto de Biociências e Biorrecursos do Conselho Nacional de Pesquisa Italiano em Bari, onde está armazenada a Mediterranean Germplasm Database, banco de sementes para coleções de germoplasma de plantas agroalimentares. O principal interesse de Francesca para pesquisa é a genética e reprodução de espécies agrícolas mediterrâneas (trigo, azeitonas e leguminosas).

Nunzio D’Agostino

Nunzio D’Agostino é professor associado de bioinformática e genômica no departamento de ciências agrárias da Universidade de Nápoles Federico II. O foco de estudo de Nunzio é a bioinformática aplicada à investigação de genomas vegetais e o aprimoramento genético de espécies vegetais. Sua pesquisa se concentra na análise de dados de sequenciamento de próxima geração e no desenvolvimento de estratégias, métodos e ferramentas para gerenciamento de dados ômicos. *nunzio.dagostino@unina.it

Jovens revisores

Dorothy – 11 anos

Eu amo todas as ciências e, especialmente, as espaciais. Adoro ler livros de ficção científica e fantasia, principalmente sobre viagens espaciais. Quero contribuir para a missão a Marte. Gosto de jogar Minecraft e Roblox com meu irmão mais novo. Também adoro praticar futebol, mountain bike e taekwondo. Atualmente, moro em Temple Terrace, Flórida, Estados Unidos.

Siri – 13 anos 

Meu nome é Siri. Estou no 8^o ano. Algumas das coisas que gosto de fazer são ler, jogar futebol, ciências, computação e cozinhar. Eu gosto de ler livros de ficção, não ficção e ficção científica, amo animais e tenho dois cachorros, dois gatos e dez galinhas. Eu adoro aprender mais sobre animais e plantas. 

Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Creative Commons Attribution License (CC BY). O uso, distribuição ou reprodução em outros fóruns é permitido, desde que o(s) autor(es) original(ais) e o(s) proprietário(s) dos direitos autorais sejam creditados e a publicação original nesta revista seja citada, de acordo com a prática acadêmica aceita. Não é permitido o uso, distribuição ou reprodução que não esteja em conformidade com estes termos.

Texto traduzido do site https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2024.1204137

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