Uma equipe internacional de pesquisadores de 41 organizações montou o pan-genoma do grão-de-bico sequenciando os genomas de 3.366 linhagens de grão-de-bico de 60 países. Liderada pelo Instituto Internacional de Pesquisa de Culturas para os Trópicos Semi-Áridos (ICRISAT), a equipe identificou 29.870 genes que incluem 1.582 genes novos não relatados anteriormente. A pesquisa é o maior esforço desse tipo para qualquer planta, colocando o grão-de-bico em um pequeno grupo de plantações com um mapa do genoma tão extenso.

"Ao empregar o sequenciamento do genoma completo, pudemos afirmar a história da origem do grão-de-bico no Crescente Fértil e identificar dois caminhos de difusão ou migração do grão-de-bico para o resto do mundo. Um caminho indica a difusão para o Sul da Ásia e África Oriental, e o outro sugere a difusão para a região do Mediterrâneo (provavelmente através da Turquia), bem como para o Mar Negro e Ásia Central (até o Afeganistão) ", disse o Prof. Rajeev Varshney, Diretor do Programa de Pesquisa do ICRISAT e líder do estudo publicado em 10 de novembro na Nature.

Ele acrescentou que "mais importante, esta pesquisa fornece um quadro completo da variação genética dentro do grão-de-bico e um roteiro validado para usar o conhecimento e os recursos genômicos para melhorar a cultura".

Cultivado em mais de 50 países, o grão-de-bico é a terceira leguminosa mais cultivada do mundo. É indispensável para dietas em muitas nações e uma importante fonte de proteína dietética, especialmente no Sul Global. O ICRISAT liderou o esforço para sequenciar o primeiro genoma do grão de bico (uma linha Kabuli) em 2013. Essa sequência abriu o caminho para o desenvolvimento de recursos moleculares para o melhoramento da cultura.

Um esforço maior para sequenciar mais linhagens começou logo depois, quando a necessidade de entender completamente a variação genética em nível de espécie, incluindo em raças locais e tipos selvagens, tornou-se aparente. Na última pesquisa, os autores do estudo relatam o sequenciamento de 3.171 acessos cultivados e 195 acessos selvagens de grão-de-bico que são conservados em vários bancos de germoplasma. Esses 3.366 acessos são representativos da diversidade genética do grão-de-bico em uma coleção global muito maior.

A espécie cultivada de grão de bico é cientificamente chamada de Cicer arietinum. O estudo aponta para C. arietinum divergindo de sua espécie progenitora selvagem, Cicer reticulatum, cerca de 12.600 anos atrás. A história do grão de bico está associada a um forte gargalo genético que começou há cerca de 10.000 anos. O tamanho da população atingiu o mínimo há cerca de 1000 anos, antes de ver uma forte expansão nos últimos 400 anos, o que sugere um interesse renovado na agricultura do grão de bico em todo o mundo. A abordagem adotada para analisar a divergência de oito espécies de Cicer ao longo do tempo também pode ser usada para identificar erros de classificação ou duplicação de acessos para melhor gerenciar o germoplasma em bancos de germoplasma, relatam os autores no estudo.

"A demanda por grão de bico deve aumentar nos próximos anos, à medida que a população mundial aumenta. Pesquisas como esta são a necessidade da hora para ajudar os principais países produtores, como a Índia, a aumentar a produção agrícola e, ao mesmo tempo, tornar as safras resistentes ao clima", disse o Dr. Trilochan Mohapatra, Diretor Geral, Conselho Indiano de Pesquisa Agrícola (ICAR), e um autor do estudo.

A Dra. Jacqueline Hughes, Diretora Geral do ICRISAT, disse que "ao desenvolver muitos recursos genômicos para o grão-de-bico na última década, o ICRISAT ajudou a cultura a se livrar de sua marca 'órfã'. Com nossos parceiros na pesquisa agrícola para o desenvolvimento, continuaremos a pesquisar o grão-de-bico e traduzir as descobertas em variedades de culturas que beneficiem agricultores, consumidores e nações. "

Colocando o pan-genoma para funcionar

A comparação da variação genética no grão-de-bico cultivado com a de seu progenitor selvagem ajudou os pesquisadores a identificar genes deletérios responsáveis ??por diminuir o desempenho da cultura. Esses genes deletérios eram mais abundantes no progenitor selvagem, pois teriam sido eliminados até certo ponto nas linhagens cultivadas por meio de seleção e recombinação. Os pesquisadores afirmam que esses genes deletérios podem ser eliminados em cultivares usando reprodução assistida por genômica ou edição de genes.

Além disso, o estudo identificou blocos de genes em variedades tradicionais (variedades domesticadas desenvolvidas por agricultores) que podem melhorar significativamente o desempenho da cultura, melhorando características como rendimento, resiliência climática e características da semente. Chamados de haplótipos, esses blocos de genes são o que os criadores de plantas se esforçam para trazer para os cultivares. Usando dados históricos de todas as variedades de grão-de-bico divulgadas entre 1948 e 2012, a pesquisa lança luz sobre a implantação desses haplótipos nas variedades.

"Examinamos 129 variedades liberadas no passado. Embora alguns haplótipos superiores tenham sido detectados em algumas dessas variedades, descobrimos que a maioria das variedades carecia de muitos haplótipos benéficos. Chegamos a 56 linhas promissoras que podem trazer esses haplótipos para programas de melhoramento variedades aprimoradas ", explicou o autor do estudo, Dr. Manish Roorkiwal, Cientista Sênior em Genômica e Melhoramento Molecular do ICRISAT. 

O ICRISAT e outras organizações têm usado abordagens de reprodução assistida por genômica visando apenas um ou no máximo dois genes. No entanto, esses esforços resultaram em sete variedades melhoradas de grão de bico na Índia e na Etiópia nos últimos três anos.

"Os recursos genômicos são cruciais para acelerar a taxa de ganhos genéticos em programas de melhoramento de safras. Espera-se que o conhecimento e os recursos disponibilizados por meio deste estudo ajudem os criadores de todo o mundo a revolucionar o melhoramento do grão-de-bico sem erodir sua diversidade genética", disse o Dr. Arvind Kumar, Diretor Geral Adjunto de Pesquisa, ICRISAT.

Para levar as descobertas do estudo para a fazenda, os autores propuseram três abordagens de reprodução baseadas na predição genômica que visam melhorar 16 características e aumentar a produtividade do grão-de-bico . Eles demonstraram que as abordagens funcionam aplicando-as para aumento do peso de 100 sementes, uma característica crítica de rendimento, e prevendo um aumento variando entre 12 e 23%.