Melhorar a mandioca e alimentar os pobres - gene conserve

CIÊNCIA ALIMENTAR
Melhorar a Mandioca
CONCEITOS-CHAVE
■ Raízes de mandioca são a
principal fonte de calorias
para milhões de pessoas que
vivem nos trópicos, mas são
pobres em proteína, vitaminas
e outros nutrientes.
■ Cientistas criaram variedades
de mandioca com valor nutricional
maior, rendimento mais
alto e resistência a pragas e
doenças.
■ Uma combinação de reprodução
tradicional da planta, de
genômica e de técnicas de
biologia molecular poderia
conduzir a mais avanços.
— Os editores
A terceira maior fonte mundial de calorias tem potencial para
se tornar uma cultura mais produtiva e mais nutritiva, reduzindo
a subnutrição em boa parte dos países em desenvolvimento
Por Nagib Nassar e Rodomiro Ortiz
A
dieta de mais de 800 milhões de pessoas
não se concentra no trigo nem no milho
ou arroz. Em muitos países o principal alimento
consiste em raízes com muito amido de
uma planta que tem nomes como mandioca, cassava,
tapioca, macaxeira, aipim ou iúca (que não
deve ser confundida com uma outra, ornamental,
chamada yucca). Na realidade, a mandioca contribui
mais para o balanço mundial de calorias do
que qualquer outro alimento, com exceção do arroz
e trigo, o que a torna um recurso praticamente
insubstituível contra a fome.
Nos países tropicais, as famílias costumam plantála
em pequenas faixas de terra para consumo próprio,
embora na Ásia e em partes da América Latina a
mandioca também seja cultivada comercialmente
para uso como ração animal e produtos feitos com
amido. O valor nutricional da raiz, contudo, é pobre:
contém pouca proteína, vitaminas ou nutrientes
como o ferro. Por isso, variedades melhoradas da
mandioca poderiam reduzir efetivamente a subnutrição
em boa parte dos países em desenvolvimento.
Com base nessa promessa, nós dois, nossos colegas
da Universidade de Brasília e outros pesquisado-
72 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL Junho 2010
ANDY CRAWFORD Getty Images

e Alimentar os Pobres
res estamos empenhados em criar variedades mais resistentes,
produtivas e nutritivas e torná-las amplamente
disponíveis para os agricultores nos países em
desenvolvimento. Nossa equipe se concentra em aplicar
técnicas tradicionais de reprodução para formar
híbridos entre a mandioca e seus parentes selvagens,
aproveitando as características que evoluíram nas
plantas selvagens ao longo de milhões de anos.
Essa abordagem é menos dispendiosa do que a
engenharia genética e não desperta preocupações
sobre segurança alimentar que fazem com que muitas
pessoas sejam reticentes em relação a produtos
geneticamente modifi cados. Com o mesmo objetivo,
pesquisadores e organizações sem fi ns lucrativos
no mundo em desenvolvimento começaram a se interessar
pela questão e produziram variedades de
mandioca. A recente conclusão de um esboço do sequenciamento
do genoma da mandioca poderá
abrir caminho para mais melhoramentos.
A planta arbustiforme Manihot esculenta – nome
científi co da mandioca – e seus parentes selvagens
do gênero Manihot têm origem no Brasil. Povos indígenas
foram os primeiros a cultivá-la e navegadores
portugueses levaram-na para a África no século
16. Do continente africano ela se espalhou para a
Ásia tropical, chegando até a Indonésia. A África
produz hoje mais da metade (51%) da safra mundial,
estimada em mais de 200 milhões de toneladas
por ano. América Latina e Ásia colhem 34% e
15%, respectivamente.
As raízes, semelhantes a batatas-doces alongadas,
podem ser comidas cruas, cozidas ou transformadas
em grãos, massas ou farinhas. Na África e
algumas partes da Ásia, as pessoas também consomem
as folhas, como hortaliças, que fornecem proteína
– uma folha seca de mandioca tem até 32%
de proteína – e vitaminas A e B.
A mandioca requer baixo investimento de capital
e trabalho, tolera razoavelmente bem solos secos,
ácidos ou inférteis, recupera-se rapidamente de danos
causados por pragas ou doenças e é efi ciente na
conversão da energia do sol em car boi dratos.
www.sciam.com.br SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 73

[PRODUÇÃO MUNDIAL]
Quem Cultiva?
A mandioca é item básico da agricultura de subsistência nos trópicos, especialmente na África, onde se concentra mais da metade da produção. A planta cresce facilmente
a partir de pequenas mudas, tolerando secas e solos inférteis. Suas raízes são um meio fácil e rápido de obtenção de calorias e podem ser extraídas em qualquer época
do ano. Como o macarrão, pão ou arroz, acompanha uma enorme variedade de pratos. Em alguns países também é cultivada para comercialização.
PRODUÇÃO ANUAL DE MANDIOCA
(em toneladas métricas)
Menos de 100.000
Entre 100.000 e 1.000.000
Mais de 1.000.000
Na realidade, enquanto a parte comestível
das safras de grãos corresponde
no máximo a 35% do peso líquido total
da planta, na mandioca esse aproveitamento
é de quase 80%. Além disso, o
plantio da mandioca ocorre em qualquer época do
ano e a colheita pode ser postergada por meses ou até
mesmo um ano. Por isso, os camponeses costumam
deixar algumas plantas na terra como um tipo de seguro
contra uma imprevista escassez de alimento.
Não admira que a planta tenha se transformado na
predileta da agricultura de subsistência em praticamente
toda região onde possa vingar e seja parte integral
de tradições locais.
O cultivo, no entanto, também apresenta desvantagens.
Ela tem curto período de vida e, se não for
processada, normalmente estraga de um dia para outro.
Além do mais, plantas de mandioca em determinada
região tendem a ser geneticamente uniformes, o
que torna as lavouras vulneráveis: uma doença ou
praga que afete uma planta provavelmente vai contaminar
todas. Mas, acima de tudo, a escassez de outros
nutrientes, a não ser carboidratos, faz com que
seja arriscado demais depender muito dela.
Um dos autores (Nassar) começou a se interessar
em melhorar a mandioca quando era um jovem
agrônomo no Egito, sua terra natal. No início dos
anos 70 – época de fome em grande escala na África
subsaariana – visitou o Brasil para estudar a plan-
É PRECISO
MELHORAR
Embora a mandioca seja uma fonte
prontamente disponível de calorias
para muita gente nos países pobres,
a dependência excessiva dela pode
resultar em subnutrição. Trata-se
de uma fonte pobre em proteína,
vitaminas A e E, ferro e zinco. A
planta tem outras defi ciências:
■ É altamente perecível.
■
■
Normalmente é plantada a partir de
mudas, o que resulta em uniformidade
genética e vulnerabilidade a
pragas e doenças.
Se algumas variedades não são
cozidas adequadamente, podem
causar envenenamento por cianureto
e provocar paralisia e morte.
ta em seu ambiente original. Então, decidiu mudarse
para o país, naturalizando-se brasileiro tempos
depois. Em 1975, na Universidade de Brasília, com
uma pequena subvenção do Centro Internacional
de Desenvolvimento da Pesquisa, do Canadá, ele
começou a reunir uma coleção de plantas vivas de
espécies da Manihot selvagem, que poderiam servir
como uma biblioteca de características úteis passíveis
de ser adicionadas à mandioca.
Viajando pelo país, frequentemente a pé ou de bicicleta,
ele coletou espécimes e as levou para Brasília,
onde com seus colaboradores acabou produzindo 35
diferentes espécies. Essa fonte de biodiversidade se
mostraria crucial no desenvolvimento de novas variedades,
tanto na universidade como em outros lugares.
Um dos primeiros resultados alcançados pela
equipe foi a criação, em 1982, de um gênero híbrido
com alto conteúdo de proteína.
Raízes de mandioca têm normalmente apenas
1,5% de proteína, enquanto o trigo tem 7% ou
mais. São especialmente defi cientes em aminoácidos
essenciais sulfurados, tais como metionina, lisina
e cisteína. A nova variedade híbrida tinha até
5% de conteúdo proteico. O governo brasileiro está
agora buscando meios de reduzir a dependência do
74 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL Junho 2010
MAPPING SPECIALISTS; FONTE: FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION (mapa); GETTY IMAGES (amido de tapioca);
CORTESIA DE NEIL PALMER CIAT (tigela com amido de mandioca); ANDRE BARANOWSKI Getty Images (yuua cozida)

CORTESIA DE NEIL PALMER CIAT (plantador); CORTESIA DE ANGELA GORGEN (Nassar);
CORTESIA DE CIMMYT CORPORATE COMMUNICATIONS (Ortiz)
país em trigo importado por meio da adição de farinha
de mandioca à de trigo. O uso da mandioca
de maior proteína ajudaria a preservar a dieta diária
de proteína de milhões de brasileiros.
A hibridização da mandioca com parentes selvagens,
como também a reprodução seletiva de diferentes
variedades da mandioca, também pode ajudar
a criar plantas com outros importantes nutrientes.
A equipe de Brasília demonstrou que certas
espécies da Manihot selvagem são ricas em aminoácidos
essenciais, ferro, zinco e carotenoides como
a luteína, betacaroteno e licopeno. O betacaroteno,
em particular, é uma importante fonte de vitamina
A, cuja falta resulta em progressivo dano à visão –
um problema sério e disseminado nas áreas tropicais
da África, Ásia e América Latina.
Considerando o status da mandioca como alimento
essencial nos trópicos, variedades com alto teor de
carotenoides poderiam contribuir signifi cativamente
para solucionar defi ciências de vitamina A no mundo
em desenvolvimento. Nos últimos três anos a equipe
cultivou variedades de mandioca altamente produtivas,
contendo até 50 vezes mais betacaroteno do que
uma mandioca comum, e está atualmente em fase de
teste dessas variedades com agricultores locais.
Outro grande projeto tem como foco a mudança
do ciclo reprodutivo da planta. O modo comum
de reprodução, por polinização, produz mudas de
tipos não idênticos à planta-mãe e frequentemente
com rendimento mais baixo. Por isso, os agricultores
costumam extrair mudas dos pés de mandioca
em vez de plantar sementes. No entanto, a extração
permite que vírus e bactérias contaminem a planta.
Geração após geração os microrganismos se acumulam,
o que pode acabar prejudicando o rendimento
de uma planta. Como muitas outras angiospermas,
certas espécies de Manihot selvagem, incluindo
a maniçoba (M. glaziovii), parente arbórea
da mandioca, procriam tanto sexuada como assexuadamente,
e as sementes produzidas assexualmente
se transformam em plantas que nada mais
são que clones da planta-mãe. Em mais de uma década
de esforços concentrados na criação interespécies,
os pesquisadores de Brasília obtiveram faz
pouco uma variedade de mandioca que pode reproduzir-se
tanto sexualmente como assexualmente,
dando origem a dois tipos de sementes, assim como
sua parente selvagem. Assim que novos trabalhos
nessa pesquisa estiverem completos, essa variedade
estará pronta para ser distribuída a agricultores.
A maniçoba tem outros genes úteis que podem
ajudar a alimentar milhões de pessoas vivendo em
terras áridas. Um híbrido da maniçoba com a mandioca
típica revela dois tipos de raízes. Algumas,
como aquelas na mandioca, se enchem de amido e
[OS AUTORES]
Nagib Nassar é natural do Cairo e
tem Ph.D. em genética pela Universidade
de Alexandria, no Egito. Faz
pesquisas com mandioca desde
1975 pela Universidade de Brasília,
criando variedades que vêm sendo
adotadas por agricultores no Brasil
e exportadas para a África. Rodomiro
Ortiz nasceu em Lima, Peru. É
Ph.D. em reprodução de plantas e
genética pela University of Wisconsin-Madison
e ex-diretor de mobilização
de recursos do Centro Internacional
de Aperfeiçoamento do Trigo
e Milho, em Texcoco, México.
são comestíveis. O segundo tipo de raiz penetra
mais no solo, podendo alcançar fontes de água
mais profundas. Essas características colocam os
híbridos entre as melhores variedades de mandioca
para uso em regiões semiáridas, como o Nordeste
do Brasil, ou certas partes das regiões de savana
na África subsaariana.
A equipe está agora melhorando esses híbridos
para combinar alto rendimento e tolerância à seca
por meio do retrocruzamento delas com uma variedade
produtiva de mandioca.
Um tipo diferente de manipulação – a consagrada
técnica do enxerto – é uma outra maneira de elevar
o rendimento de raízes tuberosas da mandioca,
como descobriram pela primeira vez agricultores indonésios
nos anos 50. Talos de enxertos de espécies
da maniçoba (como a M. glaziovii ou M. pseudoglaziovii,
ou híbridos das duas) em linhagens de
mandioca aumentaram até em sete vezes a produção
de raízes em canteiros de testes. Infelizmente, em
muitos países a prática do enxerto é difi cultada por
falta de disponibilidade desses híbridos.
AGRICULTOR EXAMINA cultivo, em Huila, nos Andes colombianos.
www.sciam.com.br SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 75

[REPRODUÇÃO CONVENCIONAL]
COMO FUNCIONA A
REPRODUÇÃO COM O USO DE
MARCADORES
●1 São identifi cados marcadores genéticos
para as características desejadas na
mandioca e em uma espécie selvagem
(o ponto colorido signifi ca que o
marcador está presente).
Produtiva
Muito calórica
Palatável
Resistente a vírus
Muita proteína
●2 Cruzam-se e testam-se geneticamente
mudas para as
características relevantes. Cada
muda terá uma combinação ao
acaso de características.
●3 É criada uma planta a partir
da muda híbrida mais
desejável e reproduzida
novamente com a mandioca.
●4 As mudas resultantes são
testadas geneticamente: algumas
podem ter todas as características
desejáveis. (A reprodução
poderá ser repetida por múltiplas
gerações até que a característica
certa seja obtida.)
O Antigo Encontra
o Moderno
Parentes selvagens da mandioca, incluindo a arbustiforme
maniçoba Manihot glaziovii (à esquerda), costumam
apresentar características que benefi ciariam a safra, mas
não têm muitas outras também necessárias, encontradas
nas espécies domesticadas. Na consagrada técnica
de retrocruzamento, os reprodutores obtêm a combinação
certa de todas as características ao produzir muitas
gerações de híbridos, muitas vezes com o auxílio de
modernas ferramentas, tais como marcadores genéticos,
os quais revelam a presença de determinada característica
de uma muda sem a necessidade de cultivá-la.
Mandioca
Mandioca
Muda com todas as características desejáveis
Características
genéticas nas
mudas
Híbrido
Parente selvagem
Produtiva
Muito calórica
Palatável
Resistente a vírus
Muita proteína
Seguro contra Pragas
Além de ampliar a produção e nutrição, a reprodução
seletiva e o cruzamento com espécies selvagens têm
sido cruciais para contra-atacar a disseminação de
pregas e doenças. Melhorar a resistência ao vírus
mosaico africano da mandioca é uma das mais importantes
conquistas na ciência da mandioca. Nos anos
20, a disseminação do mosaico africano no território
da Tanganica (atualmente, Tanzânia), no leste da
África, desencadeou a fome. Dois cientistas ingleses,
trabalhando na Tanzânia, hibridizaram a mandioca
com a maniçoba, salvando a colheita depois de quase
sete anos de esforços.
Nos anos 70, o vírus do mosaico retornou e
ameaçou áreas na Nigéria e no Zaire (atual República
Democrática do Congo-RDC). Pesquisadores
do Instituto Internacional de Agricultura Tropical,
na Nigéria, usaram a maniçoba e seus híbridos originários
da coleção da Universidade de Brasília e
novamente produziram uma mandioca resistente
ao mosaico. Aquela variedade recém-criada deu
lugar a uma família de variedades resistentes ao
vírus do mosaico, agora cultivadas em mais de 4
milhões de hectares na África subsaariana. Nas
décadas que transcorreram, a Nigéria se tornou o
maior produtor mundial de mandioca. Ainda assim,
os vírus passam por frequentes mutações genéticas e
algum dia novas cepas do mosaico provavelmente
romperão as linhas de resistência das variedades da
mandioca. Por essa razão, um trabalho preventivo de
reprodução de plantas será sempre necessário para
fi car à frente da doença. A cochonilha da mandioca
(Phenacoccus manihoti) é uma das pragas mais virulentas
que ataca esse cultivo na África subsaariana.
Esse inseto, que mata as plantas ao sugar a linfa, foi
especialmente devastador na década de 70 e começo
dos anos 80. Destruiu plantações e viveiros em tal proporção
que a produção praticamente parou. Perto do
fi m dos anos 70, o instituto nigeriano e pesquisadores
parceiros de outras partes da África e América do Sul
introduziram uma vespa predadora da América do
Sul que deposita ovos em cochonilhas da mandioca,
de modo que a larva da vespa acabasse devorando a
cochonilha a partir de seu interior. Como resultado
desse esforço, a cochonilha da mandioca foi detida na
maioria das áreas produtoras da planta na África em
boa parte dos anos 80 e ao longo dos anos 90. Em
algumas pequenas áreas do Zaire esse sistema não
funcionou bem por causa de um aumento dos próprios
predadores da vespa parasita.
Em meados da década passada, a equipe de Brasília
procurou espécies selvagens da Manihot para uma
solução confi ável para esse problema e encontrou
características de resistência à cochonilha – e novamente
em uma maniçoba. Variedades resistentes à
76 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL Junho 2010
JESSICA HUPPI (ilustrações); CORTESIA DE FOREST E KIM STARR (fotografi a)

CORTESIA DE SHANTHA J. R. PIERIS
[MANDIOCA GENETICAMENTE MODIFICADA]
O Caminho Biotecnológico
A
engenharia genética, agora amplamente adotada na agricultura dos
Estados Unidos, está começando a mostrar resultados também na mandio-
Peter Beyer, da Universidade de Freiburg, na Alemanha, qualifi ca como avanço
importante as conquistas do BioCassava Plus. Mas acrescenta: “O passo daqui
ca. Mas é improvável que versões geneticamente modifi cadas estejam disponí- até o produto, contudo, ainda é dos grandes”. Beyer deve saber: o “arroz douraveis
em larga escala em breve, e há quem tema que o fi nanciamento da pesquido”, rico em betacaroteno, que ele e seus colegas foram os primeiros a anunciar
sa não esteja sendo direcionado para métodos tradicionais, mais baratos, de em 2000, ganhando a capa da revista Time, somente agora está perto da aprova-
desenvolvimento de novas variedades.
ção em vários países.
Grandes avanços surgem de um trabalho de
Engendrar novos organismos
cooperação internacional chamado BioCassava
pode ser rápido, ele observa, mas
Plus. O grupo criou variedades de mandioca
demonstrar que eles são seguros
ricas em zinco, ferro, proteína, betacaroteno
para o ambiente e o consumo e
(uma fonte de vitamina A) e vitamina E por
reproduzi-los como variedades que
meio do uso de genes de outros organismos –
sejam palatáveis para gostos locais
incluindo alga, bactéria e outras plantas.
não é: de 10 a 12 anos é a norma.
“Nós atingimos nossa meta”, diz Richard
“Os reguladores simplesmente não
Sayre, principal pesquisador do BioCassava
permitem que você proceda de
Plus, do Centro de Ciência da Planta Donald
modo tão rápido como com uma
Danforth, em St. Louis. Todas as novas varie-
variedade que tenha sido criada por
dades transgênicas são agora experimentos
método tradicional”, diz Beyer. Além
de campo em canteiros de teste em Porto
de não ser necessariamente mais
Rico, e o programa recebeu sinal verde para SEMENTES TRABALHADAS em laboratório.
rápida que a reprodução convencio-
iniciar experimentos de campo na Nigéria. A
nal, a engenharia genética é muito
reprodução tradicional pode proporcionar
mais cara e, às vezes, genes que
betacaroteno à mandioca, diz ele, mas, quanto a ferro e zinco, somente a funcionam bem em um organismo não se saem tão bem em outro.
engenharia genética obteve resultados até agora.
“Muita gente parece ter tomado uma bebida que os faz acreditar em tudo”,
Enquanto isso, a equipe de Sayre está trabalhando na combinação de todas as diz Doug Gurian-Sherman, da União dos Cientistas Preocupados, referindo-se à
novas características em uma única variedade. O projeto é fi nanciado pela Funda- promessa da engenharia genética. Consequentemente, ela tende a obter uma
ção Bill & Melinda Gates e pela Monsanto (o apoio da Monsanto veio com condi- quantia desproporcional de fi nanciamento à pesquisa. “Acho que colocar todos os
ções impostas: a corporação se reserva o direito de cobrar pelo uso das variedades seus ovos em uma cesta é um enorme erro”, comenta ele, acrescentando que
se a renda bruta do agricultor exceder US$ 10 mil por ano).
agências públicas de fi nanciamento deveriam ajudar a restabelecer um equilíbrio.
– Davide Castelvecchi, editor
cochonilha estão sendo agora cultivadas por pequenos
agricultores na região do entorno de Brasília e
podem ser exportadas para outros países no caso de
essa praga retornar.
Olhando para a frente, antevemos que características
novas, valiosas podem surgir da criação de quimeras.
Uma quimera é um organismo com dois ou
mais tecidos distintos geneticamente crescendo dentro
de si. Há dois tipos principais de quimeras.
Em quimeras setoriais, dois diferentes setores longitudinais
de tecido são visíveis em um órgão da planta,
mas seu crescimento não é estável porque um dos
tecidos cresce mais rápido do que o outro e pode, em
breve, ocupar o rebento inteiro. No segundo tipo de
quimera, chamado periclinal, a parte externa do
rebento cerca a parte interna e pode ser mais estável
do que uma quimera setorial.
Estão sendo realizadas experiências em Brasília
para desenvolver um método de enxerto que produzirá
quimeras periclinais estáveis usando tecidos da
maniçoba. Tal abordagem pode conduzir à contínua
expansão da raiz toda vez que um talo de quimera for
plantado. Até agora as quimeras vêm mostrando produtividade
promissora e parecem adaptar-se especial-
mente bem a áreas semiáridas. A mandioca deveria
ter alta prioridade na ciência agrícola, mas tradicionalmente
não tem sido assim.
Somente alguns laboratórios de pesquisa estuda
essa planta, talvez por ser cultivada nos trópicos, longe
dos lugares onde a maioria dos cientistas do mundo
desenvolvido trabalha. Essa carência de investimento
em pesquisa faz com que a média anual de
produção na América Central e do Sul e na África não
supere 14 toneladas por hectare, mesmo que estudos
de campo tenham demonstrado que, com algumas
melhorias, a mandioca poderia ter uma fertilidade
quatro vezes maior.
O sequenciamento do genoma da mandioca, que
está agora em seu primeiro esboço publicado, vai
provavelmente dar impulso ao desenvolvimento da
mandioca transgênica. Vai também ajudar programas
convencionais de reprodução seletiva por meio
de uma técnica que consiste em informação recolhida
de análise genética para guiar a reprodução de
características desejadas. Estabelecer uma rede mundial
para coordenar esforços de todas as instituições
que realizam experiências com mandioca vai assegurar
que o potencial desse cultivo não seja jogado fora. ■
PARA
CONHECER MAIS
De volta para o futuro dos cereais.
Stephen A. Goff e John M. Salmeron,
em SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL, setembro
de 2004, edição 28.
Agricultura do futuro: um retorno
às raízes?. Jerry D. Glover, Cindy M.
Cox e John P. Reganold, em SCIENTIFIC
AMERICAN BRASIL, setembro de 2007,
edição 64.
Failure to yield: evaluating the performance
of genetically engineered
crops. Doug Gurian-Sherman. União
dos Cientistas Preocupados, 2009. Disponível
em www.ucsusa.org/
food_and_agriculture
www.sciam.com.br SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 77
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