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Duplicações de genoma como estratégia de adaptação evolutiva
A forma externa de uma planta, também conhecida como morfologia, depende notavelmente de fatores ambientais e suas influências. Isso é verdade em escalas de tempo curtas de desenvolvimento individual, bem como a longo prazo em uma escala evolutiva
Por Universidade de Heidelberg - 23/09/2020


Duplicações de genoma descrevem um processo excepcional em plantas terrestres para disponibilizar variabilidade genética adicional. Crédito: Marcus Koch

A duplicação do genoma desempenha um papel importante no desenvolvimento de formas e estruturas de organismos vegetais e suas mudanças ao longo de longos períodos de evolução. Biólogos da Universidade de Heidelberg sob a direção do Prof. Dr. Marcus Koch fizeram essa descoberta em sua pesquisa da família Brassicaceae. Para determinar o escopo das diferentes variações ao longo de 30 milhões de anos, eles analisaram todas as 4.000 espécies desta família de plantas e investigaram no nível de gênero sua diversidade morfológica com respeito a todos os seus traços característicos. Os resultados desta pesquisa foram publicados na revista Nature Communications .

A forma externa de uma planta, também conhecida como morfologia, depende notavelmente de fatores ambientais e suas influências. Isso é verdade em escalas de tempo curtas de desenvolvimento individual, bem como a longo prazo em uma escala evolutiva. "Uma espécie de planta sempre incorpora apenas uma parte da amplitude possível da variação morfológica na evolução, permitindo assim que linhas evolutivas relacionadas sejam estudadas como um grupo por sua disparidade morfológica", enfatiza o Prof. Koch, que lidera o grupo de pesquisa Biodiversidade e Sistemática de Plantas no Center for Organismal Studies (COS) da Heidelberg University. A extensão dessa disparidade pode ser vista como um potencial evolutivo para adaptações a ambientes alterados e uma diferenciação associada.

Para medir a variação morfológica, os pesquisadores primeiro registraram os traços característicos das 4.000 espécies de Brassicaceae em uma lista de verificação que descreve a identidade e as correlações das espécies. Eles então construíram uma árvore genealógica em nível de gênero a partir de dados de DNA de sequenciamento de próxima geração para visualizar e testar a dinâmica evolutiva subjacente. A árvore facilita o estudo de características complexas e seu desenvolvimento ao longo da evolução e as coloca no contexto de outros processos e eventos, como duplicações do genoma ou grandes mudanças nas taxas de especiação. As duplicações do genoma, ou seja, a multiplicação de todo o genoma em uma célula, descrevem um processo excepcional em plantas terrestres para disponibilizar variabilidade genética adicional.

"Um resultado surpreendente de nosso estudo é que não há nenhuma inovação fundamental no que diz respeito às características morfológicas estudadas. Os traços de caráter mudam constantemente e parecem ser arbitrariamente montados repetidamente. As antigas linhas evolutivas fazem uso do potencial morfológico de uma forma diferente. forma, mas não diferem entre si em termos de disparidade. Dessa forma, a evolução pode ocorrer de forma rápida e divergente ", afirma Marcus Koch.

Esses padrões estão associados a duplicações do genoma, que refletem os componentes genéticos, bem como a um rápido aumento nas taxas de especiação como uma expressão da pressão de seleção de ambientes passados ​​e em mudança. Consequentemente, as atuais Brassicaceae exibem mais de 40 por cento de espécies poliplóides, que sofreram duplicações do genoma e carregam um conjunto múltiplo de cromossomos. "Isso significa que uma espécie como o agrião, Arabidopsis thaliana, passou por pelo menos três duplicações do genoma ao longo da evolução das plantas com flores nos últimos 160 milhões de anos. No entanto, essa espécie ainda tem apenas dez cromossomos porque os genomas precisam ser posteriormente estabilizado e geralmente reduzido a longo prazo ", explica o Prof. Koch.

A pesquisa foi conduzida principalmente no âmbito do programa prioritário da DFG "Soluções de Plantas Evolucionárias para Desafios Ecológicos" (SPP 1529). Os dados estão disponíveis em um banco de dados de acesso público.

 

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