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Genoma do chá revela a razão de seu sabor e de seu sucesso econômico

A árvore passou por duplicações em série dos genes responsáveis pela cafeína e os flavonoides. Por trás disso estão os genes saltitantes

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A árvore de chá ‘Camellia sinensis’.

Existem chás de vários sabores (chá preto, chá verde, chá de Oolong, chá branco, chai...), mas todos eles vêm da mesma planta: a Camellia sinensis, a árvore do chá. Os níveis de cafeína e de flavonoides oscilam muito entre as espécies do gênero Camellia, mas são particularmente elevados na Camellia sinensis, e seu genoma explica o motivo: a árvore do chá passou por inúmeras duplicações dos genes responsáveis por sua síntese. Essa amplificação genética é intermediada pelos transpósons (genes saltitantes) e corresponde em grande parte a uma reação diante da domesticação da planta e sua adaptação a diversos climas.

A principal fonte de cafeína do planeta não é o café, mas sim o chá, a infusão preferida de mais de 3 bilhões de pessoas em 160 pessoas. A planta foi domesticada há cerca de 5.000 anos na Ásia, e propriedades saudáveis lhe são atribuídas pelo menos desde a dinastia Shang, que reinou na China no século III da nossa era. As folhas da árvore do chá não só contêm cafeína, mas também flavonoides, teanina (semelhante ao glutamato), vitaminas, polissacáridos, óleos essenciais e minerais.

O gênero Camellia, ao qual pertence a árvore do chá (Camellia sinensis), é especialmente rico em espécies de interesse econômico, como as belas e famosas camélias (Camellia japónica, Camellia reticulata, Camellia sasanqua) e a árvore Camellia oleífera, de cujas sementes se extrai um óleo comestível de boa qualidade chamado, às vezes, de óleo de camélia. Mas o grande destaque é o chá, com uma produção anual acima de 5 bilhões de toneladas.

Dada essa relevância econômica, é surpreendente que o genoma do chá ainda não fosse conhecido. E o principal motivo para isso é que se trata de um genoma extremamente difícil de solucionar. Ele não só é grande, como está infestado de segmentos de DNA repetitivo, devido à grande quantidade de transpósons (genes saltitantes) que contém. Lizhi Gao e seus colegas do Instituto Kunming de Botânica e de outras instituições científicas chinesas solucionaram agora o problema, em uma demonstração de perseverança e engenhosidade. Eles estão revelando o primeiro esboço do genoma do chá na publicação online Molecular Plant.

“Existem muitos sabores diferentes de chá”, diz o geneticista Gao, “mas o mistério é saber o que determina ou qual é base genética desses sabores”. Pesquisas anteriores já haviam indicado que boa parte do sabor do chá se deve aos flavonoides, em particular a um deles, chamado catequina. Essas moléculas são antioxidantes que servem para as plantas se adaptarem ao seu ambiente. A catequina, além disso, confere ao chá o seu típico sabor amargo.

A cafeína e a catequina não são exclusividade do chá –as outras 115 espécies do gênero Camellia também contêm esses compostos--, mas elas são particularmente abundantes nele. E os cientistas chineses descobriram o motivo: os genes responsáveis pela síntese dessas substâncias se duplicaram em série no genoma do chá. E essa amplificação dessas famílias de genes foi intermediada por transpósons (genes saltitantes), e especificamente por um tipo chamado retrotranspósons, que são antigos retrovírus que perderam sua capacidade de constituir partículas infecciosas.

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O coordenador do estudo, Lizhi Gao.

Nada menos do que 67% do genoma do chá são sequências de retrotranspósons. Esta é a razão pela qual se tornava tão difícil solucioná-lo. Para sequenciar um genoma, os cientistas começam por quebrá-lo em vários pedaços. E de formas muito diversas, para que os fragmentos se soltem. Depois disso, se faz a sequência (se ) cada fragmento, para em seguida reunir tudo graças aos encaixes entre fragmentos. Mas, em havendo 67% de retrotranspósons, que são basicamente iguais uns aos outros, os encaixes são ambíguos. Como disse Gao, é como montar um quebra-cabeças em que a maior parte das peças são pedaços de um céu azul sem nenhuma nuvem.

Durante o ciclo de vida do retrovírus, o genoma viral se integra ao genoma do hóspede, depois gera muitas cópias de si mesmo e, ao final, cada genoma é envolvido por uma partícula infecciosa. Os retrotranspósons perderam essa última habilidade, mas conservam a de se integrar ao genoma, e frequentemente geram cópias de si mesmos que se integram a outros pontos do genoma. Um fenômeno comum durante esses saltos é que eles levam consigo parte do genoma do hóspede que esteja ao lado. Esse é o mecanismo pelo qual o genoma do chá duplicou muitas vezes os genes responsáveis pela síntese da cafeína, catequina e outros flavonoides.

Gao e seus colegas acreditam que essas amplificações de famílias de genes permitiram à arvore do chá que se adaptasse aos inúmeros ambientes onde a planta é semeada atualmente. Vários dos saltos de retrotranspósons são recentes (ocorreram nos últimos 5.000 anos), razão pela qual parece ser provável que se trate de reações à domesticação e ao cultivo do chá. Ou seja, um produto da seleção artificial que inspirou Darwin em sua teoria da evolução. Na genômica, chegou, agora, a vez do chá.

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