Cientistas do IPK exploraram, dentro de um documento de perspectiva, os próximos desafios e possibilidades do futuro dos bancos de genes. Eles enfatizam que o avanço dos bancos de genes em centros de recursos bio-digitais, que comparam o germoplasma, bem como os dados moleculares das amostras, seria benéfico para cientistas, criadores de plantas e para a sociedade. Crédito: Regina Devrient / IPK Gatersleben
A preservação da biodiversidade vegetal é tarefa de aproximadamente 1.750 bancos de genes distribuídos pelo mundo. Eles armazenam amostras de plantas e, às vezes, informações fenotípicas ou genéticas adicionais de cerca de 7,4 milhões de acessos de espécies vegetais no total. Espera-se que com acesso facilitado a sequenciamento melhorado, mais rápido e mais barato e outras tecnologias omicas, o número de acessos bem caracterizados e a quantidade de informação detalhada que precisa ser armazenada junto com o material biológico crescerá rápida e continuamente. Uma equipe de cientistas do Instituto Leibniz de Genética de Plantas e Pesquisa de Plantas de Colheita (IPK), em Gatersleben, analisou os próximos desafios e possibilidades do futuro dos bancos de genes, publicando um documento de perspectiva na Nature Genetics..
No início a meados do século 20, tornou-se cada vez mais evidente que as variedades agrícolas estavam lentamente sendo substituídas pelas variedades modernas e corriam o risco de desaparecer. A fim de evitar a perda da diversidade genética e da biodiversidade, os primeiros bancos de genes foram estabelecidos com a missão de preservar esses recursos genéticos vegetais. Atualmente, os bancos de genes funcionam como biorepositórios e salvaguardas da biodiversidade de plantas, mas, mais importante, como bibliotecas que transformam as informações genéticas da planta e o material vegetal em um recurso de acesso livre e valioso. Como tal, cientistas, criadores de plantas e qualquer pessoa em todo o mundo podem solicitar e usar os dados armazenados em mais de 1.750 bancos genéticos globais para fins de pesquisa ou de melhoramento de plantas.
O Gene Bank do Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Pesquisa de Plantas de Cultivo (IPK) em Gatersleben atualmente possui uma das coleções mais abrangentes de plantas cultivadas e seus parentes silvestres, reunindo um total de 151.002 acessos de 2.933 espécies e 776 gêneros. A maioria das amostras de germoplasma vegetal é armazenada como semente seca a -18 ° C, enquanto os acessos propagados vegetativamente são permanentemente cultivados no campo (ex situ) ou preservados em nitrogênio líquido a -196 ° C. O portal online do banco genético IPKpermite que os usuários visualizem e analisem os acessos armazenados no depósito e seus dados de passaporte correspondentes, bem como solicitem material vegetal em escala não comercial. Um novo documento de perspectiva de autoria do Dr. Martin Mascher e seus colegas do IPK agora examina os desafios atuais e futuros dos bancos de genes e as oportunidades para seu avanço.
Os cientistas identificaram três grandes desafios para bancos de genes que precisam de atenção. Dois são causados pelas demandas básicas do gerenciamento de dezenas de milhares de lotes de sementes, ou seja, o rastreamento da identidade dos acessos e a necessidade de evitar duplicações desnecessárias dentro e entre os bancos de genes. O terceiro desafio é manter a integridade genética dos acessos, devido às desvantagens inerentes ao uso de conservação ex situ, como sobrevivência diferencial, deriva e erosão genética no armazenamento e regeneração.
No entanto, os autores sugerem que uma abordagem mais forte, orientada pelo genoma, em relação aos bancos de genes pode ajudar a enfrentar esses desafios. Por exemplo, tradicionalmente, os "dados de passaporte" do material do banco de genes descrevem a taxonomia e proveniência dos acessos. Ao adicionar polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) como características definidoras de uma adesão, essa informação genotípica poderia servir como dados de passaporte molecular para complementar e corrigir registros tradicionais de passaporte, bem como auxiliar na limpeza e prevenção de duplicatas e melhorar a qualidade e integridade das coleções.
Ao implementar a mudança para a bioinformática e a análise de big data nas ciências de plantas, os bancos de genes tradicionais, que se concentram na preservação de coleções de germoplasma, poderão se transformar em centros de recursos bio-digitais, que combinam o armazenamento e valorização de materiais vegetais com seus recursos. caracterização genômica e molecular.
Os atuais cenários de financiamento dos bancos de genes ainda não permitem a geração sistemática de dados de passaporte molecular para cada amostra de planta submetida em bancos de genes. No entanto, os primeiros passos na direção da genotipagem de alta produtividade de coleções inteiras já foram feitos. Isso foi mostrado anteriormente por um consórcio internacional de pesquisa liderado pelo IPK, que caracterizou uma coleção mundial de mais de 22.000 variedades de cevada em nível molecular através da genotipagem por seqüenciamento. Alguns dos autores do documento de perspectiva também estiveram envolvidos neste estudo de caso e contribuíram para a criação do portal de informações da web BRIDGE como resultado. BRIDGE, abreviação de "Informática da Biodiversidade para preencher a lacuna de informações genômicas para utilização educada da diversidade genética hospedada em bancos de genes"
Enquanto a BRIDGE já está preparando o caminho para transformar o Banco de Genes Gaterslebener em um "balcão único para a utilização facilitada e informada da biodiversidade de plantas cultivadas", colaborações internacionais, como a organização DivSeek, estão construindo a estrutura internacional para permitir bancos genéticos criadores e pesquisadores em todo o mundo para processar e mobilizar de forma mais eficiente a diversidade genética de plantas, começando assim a colmatar as lacunas entre bioinformáticos, geneticistas e curadores de bancos de genes. Assim, uma rede mundial de centros de recursos bio-digitais, compartilhando dados livremente e, assim, ajudando a promover o progresso da pesquisa em ciência de plantas e melhoramento de plantas pode se tornar uma realidade no futuro próximo.
Mais informações: Martin Mascher et al. A genômica genebank preenche a lacuna entre a conservação da diversidade de culturas e o melhoramento de plantas, Nature Genetics (2019). DOI: 10.1038 / s41588-019-0443-6
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