Experiências de genética com variantes de arroz - Projeto ITQB

Autores: Awan, Laila nº12; Bernardo, Leonor nº13; Brito, Teresa nº24; Magalhães, Manuel nº14

Enquadramento: 

Trabalho 

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito da disciplina de Biologia do 12º ano com o objetivo de ser lecionada a biotecnologia numa vertente prática. A base deste trabalho consiste no auxílio ao estudo da investigadora Ana Fortunato, coordenado pela Dr. Isabel Abreu. 

Este estudo surgiu com a consciencialização de que o planeta Terra tem sofrido cada vez mais alterações climáticas e um grande aumento populacional. Com o objetivo de assegurar a alimentação, pretende-se aumentar o rendimento da produção de arroz de forma sustentável, através da comparação das diferentes variedades de arroz e das suas capacidades de adaptação às diferentes condições ambientais. 

A equipa responsável pelo projeto está à procura de novas formas de melhorar a fixação de carbono/fotossíntese e de aumentar a tolerância das plantas ao stress. Para tal, está a ser explorado o comportamento das proteínas-cinases dependentes de cálcio (CDPK), que são sensíveis à presença de cálcio no solo e, ao sentirem estas alterações, ativam outras proteínas responsáveis pela resposta ao stress. O estudo permite comparar variedades de arroz de forma a encontrar as que melhor se adequam às novas condições ambientais. 

O nosso auxílio consiste na extração e ampliação de DNA das diferentes amostras vegetais, seguindo a técnica “barcoding”, para se comparar 3 genes diferentes das amostras, de forma a organizá-las filogeneticamente.

ITQB 

Foi fundado, em 1986, pelo Professor António Xavier, encontrando-se desde 1993 integrado na Universidade Nova de Lisboa. O instituto tem o seu foco principal de investigação nas áreas de Química e Biologia, áreas nas quais também oferece estágios, cursos de nível avançado, mestrados, doutoramentos e pós-doutoramentos. 

Utilizando o conhecimento destas áreas científicas e uma abordagem multidisciplinar, o ITQB NOVA pretende ter impacto nas Bases Moleculares da Saúde e das doenças, bem como na preservação dos Recursos Biológicos e no Desenvolvimento Sustentável.

Dr. Ana Fortunato 

Este projeto tem a mentoria da Dr. Ana Fortunato. 

Licenciada em bioquímica pela Faculdade de ciências de Lisboa e doutorada em biologia pela Universidade Nova de Lisboa. Até à data, publicou 20 artigos científicos. Em 2022, integrou o projeto “OeirasExperimenta” da Câmara Municipal de Oeiras no qual é colaboradora como consultora em clubes de ciência nas escolas do município até ao ano decorrente. 

O foco do seu trabalho consiste na resposta das plantas face às condições ambientais ao qual são expostas (frio, calor, humidade, salinidade, etc..) através da fisiologia, bioquímica e biologia molecular. É uma das coordenadoras principais do decorrente projeto “FilliGRAIN-PROTECT” com base no ITQB, onde trabalha como investigadora desde 2018, Este projeto conta com a colaboração dos alunos do 12º ano de ciências da Escola Secundária Quinta do Marquês.

Teoria:

Filogenia 

A filogenia é o estudo das relações entre grupos de organismos e a sua evolução. Tem por objetivo traçar a história evolutiva de toda a vida no planeta. As relações entre os organismos são descritas no que é conhecido como uma árvore genealógica.  

A filogenia permite conhecer e compreender as características que foram surgindo nas espécies desde os seus ancestrais. Parte da teoria base filogenética que todos os organismos vivos partilham um ancestral comum – que pode ser o organismo que deu origem a toda a vida.

Arroz 

O arroz (Oryza sativa L.) é uma planta Monocotiledónea da família das Gramíneas (Poaceae). É uma planta anual, embora nalgumas regiões tropicais, com condições climáticas favoráveis, possa crescer como planta perene. No nosso país, o arroz é cultivado em condições de alagamento, quase permanente, mas existem locais onde pode ser cultivado em sequeiro. 

O ciclo completo do arroz dura de três a seis meses, desde a germinação da semente até à maturação do grão, dependendo da variedade e das condições ambientais onde se desenvolve. Neste ciclo, em termos agronómicos, consideram-se três fases de crescimento: vegetativo, reprodutivo e maturação. O período vegetativo inicia-se com a germinação da semente e termina com a emissão da panícula. O período reprodutivo perdura desde a emissão da panícula até à floração. A maturação compreende o período entre a floração e a formação completa do grão.

Procedimento: 

1. Colocar cerca de 100mg de material vegetal no almofariz; 

2. Adicionar 750µl de tampão de extração, com a micropipeta, ao almofariz.

3. Macerar até obter uma mistura homogénea; 

4. Transferir a mistura para um microtubo; 

5. Colocar 750µl de tampão de extração no almofariz e agitar; 

6. Transferir a mistura resultante para o microtubo; 

7. Repetir os passos 1-5 para as restantes 13 amostras de material vegetal. 

8. Centrifugar as soluções durante 2 minutos, a uma velocidade de 14000 rpm e a 4ºC; 

9. Transferir 800µl de sobrenadante para um novo microtubo; 

10. Adicionar igual volume de isopropanol frio ao microtubo; 

11. Agitar a solução; 

12. Incubar em gelo durante 20 minutos; 

13. Centrifugar as soluções durante 5 minutos, a uma velocidade de 14000 rpm e a 4ºC; 

14. Retirar e descartar o sobrenadante; 

15. Secar o “pellet” ao ar; 

16. Re-suspender o “pellet” em 100µl de tampão TE; 

17. Verificar a integridade de DNA em gel de agarose.

Conceitos:

• Tampão de extração: Solução que permite extrair o DNA das células 

• E letroforese: Técnica de controlo para assegurar a presença de DNA. Realiza-se através da separação das moléculas (DNA, RNA e proteínas) consoante o seu tamanho e carga. 

• Micropipeta: Equipamento utilizado para medir e transferir quantidades de líquido à escala do microlitro. 

• Centrifugação: Método de separação de moléculas com densidades diferentes. Realiza-se através de um rápido movimento centrífugo.

• DNA Barcoding: Técnica na qual retira uma amostra de tecido do indivíduo a estudar e se extrai o seu DNA.