Um banco de genes é um tipo de biorrepositório utilizado globalmente para o armazenamento de material genético de animais, plantas e outros organismos. Ele protege suas informações genéticas, normalmente na forma de material reprodutivo, como sementes, espermatozóides, óvulos, embriões, células e vários tipos de DNA. Frequentemente, estes bancos conservam os recursos genéticos de espécies que estão em perigo ou criticamente ameaçadas de extinção. Servem também para preservar as principais espécies e cultivares agrícolas, mantendo assim a biodiversidade agrícola. Este esforço de conservação protege os organismos contra ameaças como extinção, patógenos e mudanças climáticas.
Um banco de genes é um tipo de biorrepositório usado em todo o mundo para armazenar o material genético de animais, plantas e outros organismos. Ele preserva suas informações genéticas na forma de material reprodutivo, como sementes, espermatozóides, óvulos, embriões, células e outros tipos de DNA. Muitas vezes, esses bancos abrigam o material genético de espécies ameaçadas ou próximas da extinção. Eles também são usados para a preservação das principais espécies e cultivares agrícolas, a fim de preservar a diversidade das culturas. Isso protege o organismo de ameaças como extinção, doenças e mudanças climáticas.
Métodos de preservação
A conservação é conseguida através da recolha e armazenamento de germoplasma de vários organismos. Por exemplo, o germoplasma vegetal pode incluir sementes e estacas, o material fúngico pode compreender esporos e os recursos genéticos animais muitas vezes consistem em espermatozoides e óvulos. O pólen, vital para a reprodução das espermatófitas, contém o material genético masculino necessário para a fertilização e normalmente é preservado por meio de criopreservação. As espécies aquáticas, como os corais, são conservadas através da coleta de fragmentos que são mantidos em habitats aquáticos meticulosamente regulamentados.
O material coletado é frequentemente armazenado em temperaturas abaixo de zero (abaixo de 0 °C / 32 °F). Alternativamente, o armazenamento pode ocorrer sob condições criogênicas utilizando nitrogênio líquido. Alguns bancos de genes, designados como bancos de genes de campo, concentram-se no cultivo contínuo de organismos vivos, exemplificados por espécies específicas de plantas cultivadas em meios nutritivos controlados ou em habitats construídos artificialmente, projetados para sustentar uma biota específica.
Um banco de dados centralizado, o Genesys, facilita as investigações sobre os acervos dos bancos de genes mais extensos do mundo. Além disso, vários bancos de genes internacionais operam sob a coordenação da Plataforma CGIAR Genebank.
Categorias de bancos de genes
Bancos de sementes
Os bancos de sementes, também denominados cofres de sementes, funcionam como extensos repositórios para a preservação criogênica de diversas espécies de sementes. Seu objetivo principal é conservar a diversidade genética para utilização futura. As temperaturas de armazenamento das sementes dependem da espécie e da duração pretendida de preservação. A preservação de curto prazo, abrangendo 3 a 5 anos, normalmente envolve temperaturas que variam de 5 a 10 °C (41 a 50 °F). O armazenamento de médio prazo, de 10 a 15 anos, geralmente mantém as sementes a 0 °C (32 °F). Para preservação a longo prazo, superior a 50 anos, as sementes são geralmente mantidas em temperaturas entre -18 e -20 °C (0 e -4 °F). Crucialmente, é essencial manter um baixo teor de humidade tanto nas sementes como no seu meio ambiente, uma vez que níveis elevados de humidade comprometem a viabilidade das sementes durante o armazenamento criogénico prolongado. Globalmente, o maior banco de sementes é o Millennium Seed Bank, situado no Wellcome Trust Millennium Building (WTMB), na propriedade Wakehurst Place, em West Sussex, perto de Londres.
Banco In-Vitro
Um banco in vitro representa uma categoria distinta de banco de genes dedicado à preservação de material genético vegetal ou animal. Ao contrário dos bancos de sementes convencionais, que muitas vezes utilizam armazenamento seco ou citogenético, um banco in vitro funciona num ambiente controlado e laboratorial. Esses bancos têm a tarefa de conservar recursos genéticos, como células vegetais, embriões e tecidos. Normalmente, as amostras são mantidas em um meio nutriente, geralmente contido em um tubo de ensaio ou placa de cultura. Por exemplo, botões, protocormos e células meristemáticas são preservados em meio nutriente (gel ou líquido) sob regimes específicos de luz e temperatura. Essa metodologia é empregada para a conservação de plantas apomíticas, espécies de reprodução assexuada ou que necessitam de preservação clonal, como cultivares comerciais. Dado que estas amostras necessitam frequentemente de condições precisas de crescimento, os bancos in vitro são fundamentais para manter os tecidos vivos num ambiente regulado e sustentado artificialmente.
Criobancos
Os criobancos servem como instalações para a preservação de material biológico, incluindo espermatozoides, óvulos e embriões, sob temperaturas extremamente baixas. Normalmente, esses materiais são mantidos em nitrogênio líquido a aproximadamente −196 °C (−320,8 °F). Este método de criopreservação permite que a viabilidade de gametas ou embriões seja sustentada por no mínimo um século. Os criobancos são frequentemente empregados na crioconservação de recursos genéticos animais, desempenhando um papel crucial na preservação de espécies ameaçadas. Um exemplo global proeminente é o Frozen Zoo, estabelecido pelo Zoológico de San Diego, em San Diego, Califórnia. Sua extensa coleção abrange mais de 10.000 células vivas, oócitos, embriões e material genético diversificado de milhares de espécies, incluindo principalmente uma espécie extinta. Dentro dos criobancos animais, a criopreservação de embriões é frequentemente favorecida em relação ao congelamento separado de óvulos e espermatozoides devido à maior resistência dos embriões ao processo de congelamento.
Preservação de pólen
O pólen normalmente é preservado por meio de vitrificação, uma técnica de criopreservação. Este método envolve o congelamento de grãos de pólen sem a formação prejudicial de cristais de gelo intracelulares. O pólen armazenado por vitrificação é mantido em nitrogênio líquido em temperaturas que variam de -180 a -196 °C (-292,0 a -320,8 °F). O Laboratório Nacional de Armazenamento de Sementes em Fort Collins, Colorado, emprega atualmente esta técnica para preservação de pólen. Alternativamente, o pólen pode ser liofilizado e armazenado em temperaturas entre 5 e -18 °C (41 a 0 °F). Um factor crítico que influencia a viabilidade do pólen durante o armazenamento é o seu teor de humidade. Os baixos níveis de humidade nos grãos de pólen aumentam a sua longevidade, facilitando o congelamento sem a formação de cristais de gelo, preservando assim a sua vida útil. O teor de umidade ideal para a preservação do pólen varia dependendo da espécie de planta. O pólen de diferentes espécies de plantas pode ser categorizado em dois grupos: pólen binucleado, caracterizado por uma exina mais espessa, e pólen trinucleado, possuindo uma exina mais fina. O pólen binucleado exibe viabilidade estendida quando criopreservado em baixos níveis de umidade. Por outro lado, o pólen trinucleado demonstra maior longevidade quando congelado com maior teor de umidade. Os níveis de umidade do pólen podem ser reduzidos através da exposição a soluções salinas diluídas, sílica gel, ar seco ou tratamento químico com soluções de vitrificação.
Bancos de genes de campo
Bancos de genes de campo são repositórios especializados para o manejo de espécimes de plantas vivas, incluindo árvores frutíferas e outras floras, que necessitam de condições ambientais específicas para o cultivo. Ao contrário dos bancos de sementes, que armazenam sementes dormentes, um banco de genes de campo mantém coleções vivas de germoplasma. Esses bancos são suscetíveis a desastres naturais, infestações de pragas e doenças. Consequentemente, são geralmente consideradas uma estratégia de preservação de último recurso para espécies que não podem ser conservadas através de métodos convencionais, tais como aquelas que não produzem sementes viáveis. Esta abordagem também exige maiores recursos de terra, energia e água em comparação com técnicas alternativas de preservação, tornando-a uma escolha menos ideal em muitos cenários.
O Instituto Internacional de Pesquisa do Arroz (IRRI), nas Filipinas, é um exemplo de um importante banco genético de campo. Esta instituição desempenha um papel vital na preservação de milhares de espécies de arroz, mantendo bancos genéticos de campo dedicados a diversas variedades de arroz. Estas espécies de arroz frequentemente possuem características valiosas, incluindo resistência a pragas, doenças e secas. Cada variedade tem uma importância considerável para o desenvolvimento futuro de espécies novas e mais resilientes, cruciais para enfrentar os desafios de segurança alimentar em regiões que enfrentam pobreza e fome elevadas.
Bancos de recursos genéticos animais
Os bancos de recursos genéticos animais servem como repositórios de material genético, garantindo a sua preservação a longo prazo e acessibilidade futura. O material genético alojado nesses bancos provém de uma ampla gama de espécies animais, abrangendo gado, aves, insetos e organismos aquáticos. Especificamente, óvulos, embriões, espermatozoides e vários tecidos são criopreservados em temperaturas extremamente baixas, utilizando técnicas avançadas. Estes bancos são indispensáveis para salvaguardar a diversidade genética das populações animais, um factor crítico para a sua sobrevivência sustentada e adaptabilidade.
Essas instalações desempenham um papel crucial na preservação do material genético de espécies ameaçadas de extinção, apoiando assim programas de melhoramento destinados à sua conservação. Para as espécies em vias de extinção, o ADN armazenado nestes bancos oferece uma forma de seguro genético, permitindo a potencial reintrodução da diversidade genética quando necessário. Este material genético pode ser utilizado para restaurar a diversidade das populações selvagens que enfrentam ameaças como a deriva genética ou a endogamia. Além disso, em cenários onde a reprodução natural é dificultada por doenças ou mudanças ambientais, o material genético armazenado pode facilitar os esforços reprodutivos de uma população através do resgate genético. Esses métodos de preservação permitem um amplo espectro de estratégias de gestão para futuras intervenções de conservação.
Instalações
- O Centro de Culturas e Árvores do Pacífico (CePaCT) opera um banco de genes de plantas em Suva, Fiji, dedicado à propagação e repropagação de mudas de plantas, principalmente por meio de recortes e cultura de tecidos, em vez de sementes. A sua missão principal é salvaguardar a diversidade genética de culturas alimentares vitais indígenas da região do Pacífico, incluindo espécies como a banana, o taro, a fruta-pão e o inhame.
- Os bancos genéticos são estabelecidos globalmente, cada um possuindo objetivos e alocações de recursos distintos. Entre os exemplos mais proeminentes está o Svalbard Global Seed Vault.
Sistemas de gerenciamento
- O banco genético federal Ex situ representa outra coleção significativa de germoplasma. O seu mandato abrange a recolha, conservação e caracterização de recursos genéticos vegetais para promover os esforços de conservação. Além disso, o banco genético federal ex situ realiza pesquisas pertinentes com o objetivo de desenvolver técnicas inovadoras para preservação de recursos.
- Nos Estados Unidos, o banco genético ex situ federal compreende instalações administradas por órgãos governamentais, incluindo o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA). O USDA apoia a manutenção de vários bancos de genes, como o Sistema Nacional de Germoplasma Vegetal (NPGS). O NPGS funciona para armazenar recursos genéticos tanto para culturas cultivadas como para espécies de plantas selvagens, oferecendo assim uma salvaguarda contra a perda de biodiversidade e fornecendo recursos para programas de melhoramento e investigação científica.
- Banco de esperma
- Biobanco
- Germoplasma
- Recursos genéticos vegetais
- Referências
Referências
Ellis, RH; Hong, TD; Roberts, E.H. (1985). Manual de Tecnologia de Sementes para Genebanks Vol. II: Compêndio de informações específicas sobre germinação e recomendações de testes. IBPGR (atualmente Bioversity International). Roma, Itália. Arquivado do original em 11 de dezembro de 2008.
- Ellis, R.H.; TD Hong; EH. Roberts (1985). Manual de Tecnologia de Sementes para Bancos de Genes Vol. II: Compêndio de informações específicas sobre germinação e recomendações de testes. IBPGR (agora Bioversity International). Roma, Itália. Arquivado do original em 11 de dezembro de 2008.Engels, Jan; Visser, Bert, eds. (2003). Um guia para o gerenciamento eficaz de coleções de germoplasma. CABI, IFPRI, IPGRI, SGRP. Arquivado do original em 25 de maio de 2007.Kameswara, N.; Hanson, J.; Dulloo, ME; Ghosh, K.; Nowell, A.; Larinde, M. (2006). Manual de Manejo de Sementes em Bancos de Genes. Bioversity International, CTA (Centro Técnico de Cooperação Agrícola e Rural), FAO, ILRI. Arquivado do original em 21 de janeiro de 2008.Koo, B.; Pardey, P. G.; Wright, B. D.; et al. (2004). Saving Seeds. CABI, IFPRI, IPGRI, SGRP. Arquivado do original em 11 de dezembro de 2008.
- AEGIS, um sistema integrado europeu de banco de genes
- Bancos de genes
- DAD-IS: Sistema de Informação sobre Diversidade de Animais Domésticos