Misturar é preciso!

A partir do Neolítico, com a instituição das práticas agrícolas, o ser humano iniciou os processos de domesticação de diversas espécies. A partir da seleção artificial de indivíduos com características desejáveis, o ser humano criou inúmeras linhagens cultivadas de plantas e animais. Uma das histórias de domesticação de plantas mais bem estudada é aquela do milho (Zea mays ssp mays). A hipótese mais aceita é a de que o milho derivou da domesticação de espécies de teosinte, gramíneas do mesmo gênero do milho, encontradas na Mesoamérica há mais de 8.700 anos (Figura 1A). A domesticação do milho, assim como a do boi, do cachorro, ou da galinha, produziu um grande número de variedades cultivadas, ou cultivares, resultando, em alguns casos, no aumento da variabilidade genética da espécie (Figura 1B).

Muitas espécies cultivadas, no entanto, apresentam perda da diversidade genética resultante dos processos de domesticação, como é o caso do café (Coffea arabica), do algodão (Gossypium hirsutum) ou do grão-de-bico (Cicer arietinum). Os efeitos deletérios do cruzamento de indivíduos aparentados, o chamado endocruzamento, são há muito conhecidos e foram descritos por Darwin desde 1876. Esses efeitos resultam do acúmulo, através das gerações, de variantes idênticas de genes (alelos) com pequenos efeitos deletérios.

Assim, hoje grande parte da produção agrícola mundial depende do cruzamento de linhagens genéticas distintas, resultando na produção de híbridos. A introdução dessas práticas no cultivo do milho desde a década de 1930, por exemplo, resultou em um aumento de oito vezes na produtividade desse plantio. Traços como taxa de crescimento, sucesso reprodutivo, número e tamanho dos frutos são algumas das características importantes na agricultura que sofrem os impactos positivos da hibridização, resultantes do processo conhecido como heterose.

A heterose, também conhecida como vigor do híbrido ou vantagem do heterozigoto, é o fenômeno através do qual o cruzamento de duas linhagens genéticas distintas resulta em híbridos com características mais desejáveis do aquelas apresentadas pelas linhagens originais (ou parentais). Esse fenômeno é largamente aplicado na produção de grãos como o milho, o arroz ou o trigo, porém, mais recentemente, a heterose foi encontrada em diversas outras espécies, como é o caso da produção de pimenta chili,  No entanto, apesar da identificação desse fenômeno há mais de um século e da sua importância para a produção mundial de alimentos, a compreensão dos mecanismos genéticos que promovem a superioridade do híbrido ainda não estão completamente esclarecidos.

Alguns dos principais mecanismos genéticos propostos para explicar o fenômeno da heterose são a dominância, a sobredominância e a epistasia, apesar de a importância relativa de cada um desses mecanismos nos casos de heterose ser ainda uma questão para estudo. A hipótese mais aceita é, talvez, a da dominância, que postula que, no hibrido do primeiro cruzamento (a geração F1), alelos dominantes de um dos parentais mascara os possíveis efeitos deletérios de alelos recessivos do outro parental. Já a hipótese da sobredominância (do inglês overdominance) postula a superioridade em si de genótipos híbridos (heterozigotos), quando comparados aos genótipos homozigotos parentais. Nesse caso, acontece um efeito sinergístico, no híbrido, entre alelos diferentes do mesmo gene, que supera aquele observado nos parentais. Por outro lado, a epistasia, ou a interação entre genes presentes em diferentes regiões do genoma, resulta em um efeito positivo no fenótipo do híbrido que não é observado nos fenótipos parentais.

Recentemente, estudos genômicos vêm sendo realizados na busca de um melhor entendimento dos mecanismos subjacentes à heterose. Por exemplo, Huang e colaboradores produziram 10.000 linhagens hibridas de arroz apresentando variações em traços como produtividade, tempo de floração e velocidade de crescimento. Esses autores utilizaram, então, técnicas de sequenciamento de DNA em larga escala com a finalidade de mapear regiões genômicas associadas a esses traços. Curiosamente, apesar de a dominância ser um dos mecanismos mais aceitos para a explicação da heterose, os autores não foram capazes de observar nenhum caso de dominância, mas apenas de dominância parcial e sobredominância. Os autores foram capazes de identificar diversas regiões envolvidas com os traços fenotípicos estudados, mas não puderam isolar, dentro dessas regiões, o efeito de genes específicos, sugerindo que, pelo menos no caso do arroz, a heterose é um fenômeno mais complexo do que anteriormente esperado. Uma possível explicação para os resultados encontrados é um mecanismo dose-dependente, no qual o papel de cada gene individual depende do contexto e responde aos níveis de expressão de outros genes dentro das regiões identificadas no estudo. É possível, assim, que essas diferentes circunstâncias nas quais os genes estejam sendo expressos representem pontos diferentes em um contínuo no qual a ação de cada gene dependa da sua interação com outros produtos gênicos e com os seus alvos de ação.

Mais estudos ainda precisam ser realizados para que os mecanismos precisos da heterose sejam completamente desvendados. É muito provável que os avanços nesse campo tenham grande impacto na produção futura de alimentos, principalmente face às mudanças ambientais observadas atualmente. Ainda temos muito o que aprender com o fenômeno da heterose: a mistura de linhagens genéticas é um processo essencial na produção de alimentos, negando na agricultura a ideia equivocada da superioridade de raças.

Ana Maria Almeida

California State University East Bay (CSUEB)

Universidade Federal da Bahia (UFBA)

Para saber mais:

Feng, S. Chen, X.; Wu, S.; Chen, X. 2015. Recent Advances in Understanding Plant Heterosis. Agricultural Sciences, 6: 1033-1038.

Lippman, Z.B.; Zamir, D. 2006. Heterosis: Revisiting the magic. Trends in Genetics, 23(2): 60-66.

Moyers, B.T.; Morrell, P.L.; McKay, J.K. 2017. Genetic Costs of domestication and improvement. Cold Spring Harbor Laboratories.

Veasey, E.A.; et al. 2011. Processos evolutivos e a origem das plantas cultivadas. Ciência Rural, Santa Maria, 41(7): 1218-1228.