Mudanças estruturais na indústria de sementes

Como usamos tecnologia de ponta para criar variedades de culturas com alto valor agregado enquanto economizamos tempo e custos para P&D?

 

 

A indústria de sementes cria valor agregado ao lançar novas variedades. Cada nova variedade envolve um gasto total de cerca de USD 136 milhões e, dependendo do método de melhoramento, leva entre oito e dez anos para ser desenvolvida. Como o custo de desenvolvimento de uma nova variedade é alto, as empresas de sementes tendem a investir em culturas amplamente cultivadas e em sistemas de agricultura em grande escala, como o milho nos EUA e a soja no Brasil. No entanto, um portfólio de produtos tão concentrado pode ser arriscado. A proibição do uso de glyphosate, por exemplo, afeta as vendas de 145 variedades de milho, 23 variedades de soja, 22 variedades de algodão e 15 variedades de canola. Portanto, a chave para o sucesso na indústria de sementes é saber como entregar precisamente aquelas novas variedades que atendem às necessidades dos agricultores/consumidores.

 

Imagine agricultores pedindo sementes online, assim como pedem um MacBook: cor personalizada da polpa da batata, relação de ácidos graxos personalizada da soja, resistência personalizada a pragas/doenças, etc. Os traços são ajustáveis de acordo com suas necessidades. Além disso, isso também permite prever a produtividade. Nesse cenário, a empresa de sementes faz um plano de produção de acordo com os pedidos. Não há pressão nos estoques, nem desperdício de recursos de pesquisa. Os consumidores podem escolher seus alimentos comunicando suas necessidades aos agricultores.

 

Como passamos do sistema atual para tal cenário futuro? Tudo começa com a ferramenta de edição genética, CRISPR/Cas. Em termos simples, essa ferramenta nos permite editar o genoma, onde quisermos, usando dois componentes principais: CRISPR e Cas. Cas refere-se à proteína que realiza o corte do DNA. CRISPR refere-se à sequência de DNA que guia o Cas para o local desejado do genoma para o corte, que inicialmente era usado por bactérias para seu sistema imunológico e foi descoberto pela primeira vez no genoma de E. coli em 1987. Desde 2012, o sistema CRISPR/Cas demonstrou que pode ser programado para clivagem direcionada de DNA e tem sido aplicado em áreas como terapia de doenças humanas, criação animal e também criação de plantas. Este sistema pode ser usado para editar genes em três passos:

 

1. procurar um local correspondente no genoma (sequência de DNA) para editar

2. cortar o DNA

3. remover/substituir o DNA indesejado por desejado.
 

A edição genética é como corrigir erros no Microsoft Word: procurar um erro de digitação (encontrar um gene para editar), excluir o erro de digitação (cortar o DNA), substituir pela palavra correta (colar novo DNA).

 

A Corteva está usando o CRISPR/Cas como ferramenta de melhoramento para uma variedade de milho, que reduz o ciclo de melhoramento de oito para cinco anos. As vantagens e desvantagens do CRISPR/Cas e do OGM convencional são mostradas abaixo.

 

 

Diferente dos métodos transgênicos convencionais, o CRISPR/Cas requer uma ordem precisa para o local específico no genoma para realizar a edição genética. Isso requer mais informações sobre o genoma, e apenas algumas culturas acumularam conhecimento suficiente para isso (ex: milho, soja e arroz).

 

A curto prazo, as empresas de sementes podem editar culturas com funções gênicas conhecidas, mas muitas funções gênicas ainda estão faltando, por exemplo, tolerância à seca.

 

Para acelerar a pesquisa de função gênica em culturas, os cientistas de plantas têm utilizado tecnologias de ponta. Isso inclui o uso de drones para coletar imagens, tecnologia da informação para revelar novas redes regulatórias e aprendizado profundo para treinar computadores para fenotipagem de alto rendimento. A grande quantidade de dados de entrada facilita o desenvolvimento de modelos para prever a produtividade. Associado às técnicas mais recentes de sequenciamento e a bons modelos preditivos, será possível prever com precisão a produtividade pelo sequenciamento do genoma de uma cultura. Isso economizará uma enorme quantidade de tempo e dinheiro no melhoramento e reduzirá os riscos.

 

Tecnologias, como sensores e drones, permitem coletar mais dados em um determinado tempo e espaço, e isso implica mais detalhes que podem ser usados para entender o desempenho das culturas. No entanto, para extrair as informações das centenas e milhares de imagens, são necessários pesquisadores da área de (bio)informática. Tais especialistas, no entanto, são difíceis de encontrar, pois os salários são frequentemente menos atraentes no setor agrícola, o que significa que pode haver falta de pessoas disponíveis para processar as enormes quantidades de dados.

 

Juntos, as chaves para alcançar o melhoramento personalizado são os dados (fenômicos e genômicos), a modelagem e a edição de genes. Primeiro, com dados fenômicos e genômicos estabelecemos as relações entre genes e suas funções. Segundo, por meio da modelagem prevemos o desempenho de um determinado genótipo. Por último, com a edição de genes o genótipo desejado pode ser criado o mais rápido possível.

 

Conclusão
 

O melhoramento tem sido uma tarefa longa e custosa para empresas de sementes, mas isso vai mudar com as novas tecnologias. Existem três tecnologias (edição de genes, fenotipagem, aprendizado profundo) que podem desempenhar um papel na redução do ciclo de melhoramento e na redução de custos. A edição de genes nos permite editar com precisão o genoma de uma cultura sem perder o fundo de alta produtividade, economizando tempo. O fenotipagem com drones aumenta a eficiência da coleta de dados, enquanto o aprendizado profundo aumenta a produtividade do processamento de dados. Com a convergência da digitalização impulsionada pela TIC ocorrendo nas práticas agrícolas e com a biotecnologia, a indústria de sementes mudará para uma estratégia de melhoramento preditiva e orientada às necessidades do cliente.