Transcriptômica e mirnômica comparativa de variedades transgênicas de milho

Abstract

Organismo Geneticamente Modificado (OGM) é definido como um organismo cujo material genético ? DNA/RNA - tenha sido modificado por qualquer técnica de engenharia genética e, portanto, pode apresentar riscos advindos da sua manipulação. Para minimizar estes riscos, órgãos reguladores internacionais exigem que o OGM desenvolvido seja submetido à uma análise de risco para a identificação e prevenção de efeitos adversos que podem levar a mudanças não intencionais pela presença de transgene(s) tanto em aspectos moleculares, quanto aspectos ecológicos e de saúde humana e animal. A principal abordagem em análises de risco envolve o conceito de equivalência substancial, onde as características do organis o odi icado são co paradas co a s a linha parental considerado seg ro para sos de ali entação h ana e ani al , en ol endo est dos de per or ance agron ica, fenot pica e ali entação ani al, ou ainda de composição ica e n tricional. proble a e an lises baseadas na e i al ncia s bstancial não le a e consideração as poss eis danças não intencionais geradas pela própria odi icação gen tica, a qual poderia causar potenciais alterações e prote nas (ou seja, poss eis prod tos t icos e alerg nicos). Portanto, o objetivo deste trabalho foi testar duas novas abordagens moleculares para caracteri ar os potenciais e eitos sin rgicos e antagonistas dos s e n el olec lar. A primeira abordagem visou avaliar comparativamente o perfil de expressão gênica (transcriptoma) de uma variedade de milho GM estaqueada (contendo duas proteínas inseticidas CRY e duas proteínas EPSPS que conferem tolerância ao herbicida glifosato), seus parentais GM simples e a linha isogênica não modificada, todas sob o mesmo background genético. Está combinação de genótipos permite isolar as potenciais alterações no transcriptoma que derivam da combinação dos dois transgenes na variedade estaqueada. A segunda abordagem visou avaliar comparativamente o perfil de expressão de micro RNAs (miRNAs) na mesma combinação de genótipos GMs de milho. miRNAs possuem a capacidade de regular a expressão gênica de diversos genes endógenos e, portanto, desempenham papéis fundamentais em diversos processos biológicos em um organismo. Os resultados das análises demonstraram que, para o perfil transcriptômico, diversos processos biológicos apresentaram diferenças em regulação, principalmente àqueles envolvidos em vias de redox, modificações pós-transducionais e regulação da transcrição gênica. Já para a análise dos perfis de expressão de miRNAs, alguns apresentaram uma regulação diferencial, e estesdemonstraram ser responsáveis pela regulação de fatores de transcrição endógenos, principalmente àqueles envolvidos em desenvolvimento foliar, mecanismos de resistência à estresse, transdução de sinais e processamento e tradução de RNA. Portanto, conclui-se que as abordagens moleculares utilizadas podem ser aplicadas como ferramentas úteis para aumentar a abrangência e confiabilidade em avaliações de riscos de OGMs. Por fim, recomendamos que outras investigações, visando compreender mais detalhadamente a relevância das mudanças encontradas, se a reali adas, al de s gerir e as ag ncias reg lat rias de biosseg rança de s considere e este tipo de estudo em futuras avaliações de risco para a liberação comercial de novos OGMs.<br>

Abstract : Genetically Modified Organism (GMO) is defined as an organism in which the genetic material ? DNA/RNA ? has been modified by any technique of genetic engineering and, therefore, could present risks resulting from its manipulation. In order to minimize these risks, international regulatory bodies demand that the newly developed GMO is submitted to a risk assessment in order to identify and prevent adverse effects of transgene(s) that could lead to unintended changes in the GMOs, both at molecular level and ecological and human and animal health aspects. However, the main approach used in risk assessment involves the concept of substantial equivalence, where the characteristics of the modified organism are compared to its parental line (considered safe for animal and human food and feed uses), involving studies of agronomic, phenotypic and animal feeding performances, as well as chemical and nutritional compositions. The problem is that analyses based on substantial equivalence do not take in consideration the possible non-intended changes generated by the genetic modification itself, which could cause potential alterations in proteins (i.e. possible toxic and allergenic products). Therefore, the goal of this study was to test two new molecular approaches to characterize the potential synergic and antagonistic effects of GMOs at the molecular level. The first approach aimed to comparatively evaluate the gene expression profile (transcriptomics) of a stacked GM maize variety (containing two insecticidal CRY proteins and two EPSPS proteins which confer tolerance to the glyphosate herbicide), its single GM parental and the near-isogenic non-modified line, all of them under the same genetic background. This combination of genotypes allows isolating the potential alterations in the transcriptomics that derive from the combination of the two transgenes in the stacked variety. The second approach aimed to comparatively evaluate the expression profile of micro RNAs (miRNAs) in the same combination of GM maize genotypes. miRNAs have the ability of regulating gene expression of several endogenous genes and, therefore, play major role in a range of biological processes in an organism. The results of the analyses demonstrated that, for the transcriptomic profile, several biological processes showed differences in regulation, particularly those involved in redox pathways, post-translational modifications and regulations of transcription. On the other side, the analysis of the miRNAs expression profiles showed a differential regulation, responsible for targeting endogenous transcription factors, particularly those involved in leafdevelopment, mechanisms of stress resistance, signal transduction and RNA processing and translation. Therefore, it is concluded that the used molecular approaches could be applied as useful tools to increase broadness and confidence in risk assessments of GMOs. At last, we recommend that other investigations, aiming to address in more detail the relevance of such changes, should be conducted, besides suggesting that GMO safety regulatory bodies take into consideration these types of studies and require that it becomes mandatory in the risk assessment for the releasing of new GMOs.