2.9.1. Taxonomia e Importância
O gênero Oryza está classificado entre as angiospermas, classe monocotiledônea,
família Gramineae (Poaceae), subfamília Oryzoideae (Bambusoideae), na tribo Oryzae. Este grupo possui somente duas espécies de arroz cultivadas [O. sativa L. (2n=24; AA) e O.
glaberrima Steud. (2n=24; AA)] e aproximadamente 20 espécies silvestres distribuídas nos
trópicos da África, Ásia, Américas e Austrália (Chang e Oka, 1976; Vaughan, 1994).
A região de origem de O. sativa L. parece incluir o Nordeste da Índia, Bangladesh, Miamar, Tailândia, Camboja, Vietnã e Laos, países que apresentam grande diversidade genética de ecótipos primitivos e parentes silvestres da espécie. Já O. glaberrima Steud é originária do Oeste Africano. Os ancestrais destas duas espécies cultivadas são respectivamente O. nivara e O. rufipogon, e O. barthii e O. breviligulata (Vaughan, 1994; OECD, 1999).
O arroz (O. sativa L.) é considerado como a mais importante cultura de cereal do mundo, responsável pela principal fonte de alimento e calorias de mais da metade da humanidade (Khush, 2005), responsável por 20% da energia alimentar da população mundial, enquanto estima-se que o trigo forneça 19% e o milho 5%. Somente nos países asiáticos, mais de dois bilhões de habitantes têm o arroz e seus derivados como fontes de 60 a 70% das calorias ingeridas diariamente (Barata, 2005).
No Brasil o arroz ocupa uma área de 3,58 milhões de hectares, com produtividade de 3,54 t/ha. Segundo dados da CONAB (Companhia Nacional de Abastecimento, 2007) a produção nacional de arroz na safra 2004/2005 foi de 13,2 milhões de toneladas, sendo o Rio Grande do Sul e o Mato Grosso os estados que mais produzem. Segundo a Food and
Agriculture Organization (FAO, 2007) a produção mundial da safra 2004/2005 foi de 618,5
milhões de toneladas.
Além do consumo pelo homem e da utilização como ração animal, o grão e a planta do arroz podem ser transformados numa grande variedade de produtos. A casca do arroz é utilizada, na Tailândia, como combustível para os geradores vaporizados. O farelo do arroz é extremamente nutritivo e uma fonte natural de vitamina E; 40% do farelo são usados na
extração de óleo e 60% é utilizado na alimentação animal. O óleo extraído do farelo do arroz resulta em óleo comestível de alta qualidade que pode diminuir o colesterol no sangue. A palha é utilizada, em países asiáticos, como meio de crescimento de cogumelos, na alimentação animal, na produção de papel, em processos de produção de alimentos, bem como na confecção de sandálias e chapéus. O arroz é utilizado na produção de várias bebidas alcoólicas, incluindo o saké ou saki (vinho de arroz) e cerveja.
O melhoramento, aliado à implementação de práticas agrícolas eficientes, permitiu que a produção mundial de arroz (O. sativa) triplicasse nas três ultimas décadas. Atualmente, o arroz é cultivado em um décimo das terras aráveis. No entanto, 30% delas contêm níveis elevados de salinização, enquanto outros 20% estão periodicamente sujeitos a secas e 10% a baixas temperaturas.
2.9.2. Seqüenciamento do Genoma e do Transcriptoma do Arroz
Atualmente, o estudo genômico do arroz conta com vários recursos, tais como a seqüência completa do genoma estrutural, mapas genéticos densos, mapas físicos completos, mapas comparativos extensos ancorados em outras gramíneas de importância econômica, mais de 4.000 marcadores de DNA de uso integrado entre diferentes laboratórios, várias bibliotecas de cromossomos artificiais de bactéria (BAC), bibliotecas de cromossomos artificiais derivados de P-1 (PAC) e bibliotecas de cromossomos artificiais de leveduras (YAC). Conta também com populações de mutantes insercionais de TDNA e de transposons, linhagens mutantes derivadas de mutação química e por irradiação, extensos bancos de germoplasma depositados em diferentes países. Esses dados revelam características importantes da estrutura genética e física do genoma do arroz e a evolução dos cromossomos dos cereais (Kurata, et
al., 2002).
O arroz tem inúmeras características que o tornam uma planta modelo entre as gramíneas. O genoma de pequeno tamanho, compatível com as tecnologias e esforços de seqüenciamento, tornou possível determinar a seqüência completa de cada um dos cromossomos nucleares de arroz. Ferramentas e recursos, tais como programas de predição de genes, ESTs, cDNAs e identificação de recursos moleculares para mapeamento, têm sido
desenvolvidos e melhorados para maximizar a interpretação das seqüências genômicas (Yuan,
et al., 2001). Por ser uma das culturas alimentares mais importantes no mundo e pelo tamanho
pequeno do seu genoma, o arroz serve como modelo de pesquisa genômica. A sua relação de sintenia com os genomas de outras gramíneas torna a informação genômica do arroz de grande utilidade no melhoramento de outros cereais como o milho, trigo, cevada, sorgo, etc. (Barry, 2001), bem como da cana-de-açúcar.
No início dos anos 1990, cientistas japoneses começaram a seqüenciar o genoma do arroz. Em 1998, num esforço para acelerar esse trabalho e aproveitar o conhecimento internacional, um grupo de cientistas de vários países, liderado por pesquisadores japoneses, deu início ao Projeto Internacional de Seqüenciamento do Genoma do Arroz (IRGSP;
International Rice Genome Sequencing Project). O projeto terminou em dezembro de 2004,
sendo os resultados publicados em agosto de 2005. O IRGSP identificou cerca de 37 mil genes no genoma do arroz, mais do que o número existente no genoma humano (Buell, 2005).
No começo dos anos 2000 foi dado início ao projeto de seqüenciamento de cDNAs
full-length de arroz, uma parceria entre os Instituto Nacional de Ciências Agrobiológicas
(NIAS; National Institute of Agrobiological Sciences), Fundação para o Avanço da Ciência Internacional (FAIS; Foundation for Advancement of International Science), Instituto de Pesquisa Física e Química (RIKEN; Institute of Physical and Chemical Research) e Instituto de Avanço da Pesquisa Tecnológica Bio-orientada (BRAIN; Bio-oriented Technology
Research Advancement Institute).
O projeto colecionou e seqüenciou completamente 28.469 clones de cDNA de Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Nipponbare e construiu 20 classes diferentes de bibliotecas de
tecidos estressados. Através de buscas por homologia nos bancos de dados públicos verificou- se a provável função de 21.596 clones (75.86%). O mapeamento dos clones de cDNA no DNA genômico revelou que há 19.000 a 20.500 unidades de transcrição no genoma do arroz. Além disso, os estudos revelaram que 64% dos cDNAs de arroz são homólogos às proteínas de
Arabidopsis (Kikuchi, et al., 2003).
As informações obtidas destes clones de cDNA, pelo projeto acima citado, foram compiladas no KOME (Knowledge-based Oryza Molecular biological Encyclopedia; Enciclopédia Baseada no Conhecimento Biológico Molecular de Oryza). No site do KOME não estão disponíveis apenas as informações das seqüências nucleotídicas e dos aminoácidos codificados por estas seqüências, mas os resultados das buscas por homologia nos bancos de
dados públicos, informações do mapeamento, o padrão de splicing alternativo, informações sobre os domínios das proteínas, estrutura transmembrana, localização celular e a função dos genes. Os pesquisadores podem acessar as informações dos clones de cDNA full-length através da ferramenta BLAST, do número de acesso dos bancos de dados públicos, pelo domínio conservado e por palavra chave (KOME, 2007).
Outro banco de dados de grande importância para a pesquisa do arroz é o TGI (The
Gene Index Project; O Projeto de Índice de Genes). O objetivo deste projeto é usar as
seqüências de ESTs e gênicas disponíveis, de todos os organismos seqüenciados até hoje, de modo a prover um inventário de prováveis genes e seus variantes, efetuando uma anotação destes dados juntamente com informações relativas às funções desempenhadas por estes genes e seus produtos (TGI, 2007).