Pesquisa do CNPEM revela caminhos para enriquecer arroz com ferro sem prejudicar a planta

Base da alimentação para cerca de metade da população mundial, o arroz tem, naturalmente, baixos teores de ferro, nutriente cuja deficiência afeta milhões de pessoas no planeta. Para tentar combater esse problema de saúde pública, um estudo publicado no Journal of Experimental Botany utilizou a estrutura do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, para avançar no processo de biofortificação dos grãos.

A pesquisa, conduzida por cientistas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) em parceria com equipes locais, descobriu um dos principais desafios para o sucesso da técnica: aumentar a quantidade de ferro nas sementes pode comprometer a resistência da planta a solos com excesso do próprio mineral. O achado aponta para a necessidade de calibrar os ganhos nutricionais sem prejudicar a adaptação das lavouras.

Para entender essa dinâmica, os cientistas usaram o acelerador de partículas Sirius, operado pelo CNPEM. A partir da técnica de microfluorescência de raios X na linha de luz Carnaúba, foi possível mapear, em nível subcelular, como o ferro se acumula nos tecidos do grão (como o embrião, o escutelo e a plúmula).

“Na linha Carnaúba, conseguimos mapear a distribuição de ferro e outros elementos no embrião do arroz. Isso nos permitiu observar não apenas o aumento do nutriente nos grãos, mas identificar precisamente em quais tecidos ele se acumulava — informação essencial para avaliar estratégias de biofortificação”, explica Carlos Pérez, pesquisador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS/CNPEM).

Genética e distribuição no grão

No Brasil, a deficiência de ferro costuma ser amenizada pela combinação tradicional do arroz com o feijão. Em países onde essa dupla não faz parte da dieta, a biofortificação surge como alternativa crucial.

No experimento, a equipe investigou a ação dos genes OsVIT1 e OsVIT2, responsáveis pelo transporte e armazenamento do mineral. Ao desativá-los por modificação genética, os pesquisadores obtiveram um aumento significativo de ferro nas sementes. O desafio agora é redirecionar o mineral para o endosperma — a parte consumida no arroz branco.

“Não basta aumentar a concentração de ferro no grão; é preciso garantir que ele esteja no lugar certo. As análises com luz síncrotron foram fundamentais para entender como esses genes influenciam o armazenamento”, destaca Felipe Ricachenevsky, professor da UFRGS e coordenador do estudo ao lado do pesquisador Felipe Maraschin.

Utilizando técnicas de modificação genética, a equipe desenvolveu plantas de arroz com
ambos os genes desativados. O resultado foi um aumento significativo da concentração
de ferro nos grãos, especialmente em regiões do embrião como o escutelo e a plúmula,
indicando mudanças na distribuição do mineral dentro da semente.

“Não basta aumentar a concentração de ferro no grão; é preciso garantir que ele esteja no
lugar certo. No caso do arroz, queremos que o ferro chegue ao endosperma, que é a
parte consumida no arroz branco. As análises com luz síncrotron foram fundamentais
para mapear essa distribuição e entender como os genes estudados influenciam o
armazenamento do mineral na semente”, afirmou Felipe Ricachenevsky, pesquisador da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), que realizou os experimentos no
CNPEM ao lado do também pesquisador Felipe Maraschin.

Os dados também mostraram que a absorção de ferro pelas raízes teve papel importante
nesse acúmulo, enquanto o transporte a partir das folhas foi menos relevante. Apesar do
ganho nutricional, as plantas modificadas apresentaram um problema crítico: maior
sensibilidade ao excesso de ferro no ambiente.

Esse resultado revela um “trade-off”, ou seja, um conflito biológico, entre dois objetivos
importantes, aumentar o valor nutricional do alimento e manter a resistência da planta a
condições de estresse. O fenômeno é especialmente relevante porque o arroz é
frequentemente cultivado em solos alagados, onde o ferro pode se acumular em níveis
tóxicos.

O estudo demonstra que os genes OsVIT1 e OsVIT2 não apenas limitam o transporte de
ferro para os grãos, mas também desempenham papel essencial na desintoxicação do
excesso de ferro nas plantas.

Além disso, a pesquisa utilizou técnicas avançadas, como análise por fluorescência de
raios X com luz síncrotron, para mapear a distribuição do ferro nos tecidos vegetais, um
diferencial importante para compreender os mecanismos celulares envolvidos.

“A colaboração entre diferentes grupos foi fundamental para o trabalho. Conseguimos
combinar técnicas, equipamentos e conhecimentos complementares, incluindo as
análises realizadas no Sirius. Esse tipo de infraestrutura e de articulação científica permite
responder perguntas que seriam muito mais difíceis de investigar isoladamente e abre
novas possibilidades para a biofortificação de arroz e de outros cereais”, afirma
Ricachenevsky.

Sobre o CNPEM (cnpem.br/)

O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) abriga um ambiente
científico de fronteira, multiusuário e multidisciplinar, com ações em diferentes frentes do
Sistema Nacional de CT&I. Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência,
Tecnologia e Inovação (MCTI), com interveniência do Ministério da Educação e do
Ministério da Saúde, o CNPEM é impulsionado por pesquisas que impactam as áreas de
saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade. Responsável pelo Sirius, maior
equipamento científico já construído no País.

O CNPEM hoje desenvolve o projeto Orion, complexo laboratorial para pesquisas avançadas em patógenos. Equipes altamente especializadas em ciência e engenharia, infraestruturas sofisticadas abertas à comunidade científica, linhas estratégicas de investigação, projetos inovadores com o setor produtivo e formação de pesquisadores e estudantes compõem os pilares da atuação deste centro único no País, capaz de atuar como ponte entre conhecimento e inovação. As atividades de pesquisa e desenvolvimento do CNPEM são realizadas por
seus Laboratórios Nacionais de: Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR), além de sua unidade de Tecnologia (DAT) e da Ilum Escola de Ciência, curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia.

As informações são do CNPEN.