Aranhas ao longo de milhões de anos Besouro escaravelho Tiro (uma espécie encontrada apenas nas Ilhas Canárias) alcançou um feito notável: ao mesmo tempo que se adaptava ao ambiente insular, o tamanho do seu genoma foi reduzido quase para metade. Apesar de ter uma abundância significativamente reduzida, o genoma da espécie não é apenas mais compacto, mas também contém um nível mais elevado de diversidade genética do que as aranhas continentais relacionadas.
Postado em Biologia Molecular e EvoluçãoO estudo marca a primeira vez que os cientistas observaram uma espécie animal perdendo quase 50% do seu genoma ao colonizar uma ilha oceânica.
Desafiando suposições evolutivas de longa data
Tradicionalmente, os cientistas pensavam que as espécies que colonizavam ilhas tendiam a desenvolver genomas maiores e ADN mais repetitivo. A nova descoberta inverte essa visão e aprofunda o debate sobre um dos mistérios centrais da biologia: como e porquê o tamanho do genoma mudou durante a evolução da vida.
A pesquisa foi liderada por Julio Rozas e Sara Guirao, da Escola de Biologia e Instituto de Biodiversidade (IRBio) da Universidade de Barcelona. O primeiro autor do estudo, Vadim Pisarenco (UB-IRBio), colaborou com colaboradores da Universidade de La Laguna, do Conselho Nacional de Pesquisa Espanhol (CSIC) e da Universidade de Neuchâtel, na Suíça.
Os cientistas sabem há muito tempo que o tamanho do genoma (o número total de pares de bases de ADN que contêm as instruções genéticas de um organismo) pode variar amplamente entre espécies, mesmo entre espécies de complexidade semelhante. O novo estudo fornece um exemplo notável deste fenómeno e mostra que a evolução pode mover-se em direcções inesperadas.
O enigma evolutivo das Ilhas Canárias
Gênero aranha Disdra As Ilhas Canárias experimentaram uma diversificação notável e a região é frequentemente descrita como um laboratório natural para estudar a evolução isoladamente. Quase 50 doenças endêmicas Disdra Cerca de 14% de todas as espécies conhecidas do gênero evoluíram lá desde que as ilhas surgiram, há milhões de anos.
Usando ferramentas avançadas de sequenciamento de DNA, os pesquisadores compararam duas espécies intimamente relacionadas: Bug catalãovivendo na Catalunha e em partes do sul da França, e Carapaça de tartaruganativo da Gran Canária.
“A espécie D. Tem um genoma de 3,3 bilhões de pares de bases (3,3 Gb, letras de DNA), quase o dobro da espécie Carapaça de tartaruga (1,7 GB). Curiosamente, embora as espécies das Ilhas Canárias tenham genomas mais pequenos, apresentam maior diversidade genética. ” explica o professor Julio Rozas, Diretor do Grupo de Pesquisa em Genômica Evolutiva e Bioinformática da Universidade de Barcelona e Membro do Conselho de Administração da Plataforma de Bioinformática de Barcelona (BIB).
Um caso raro de redução do genoma
O sequenciamento do genoma também mostra D. número haplóide de cromossomos com quatro autossomos mais um cromossomo X, enquanto Carapaça de tartaruga Existem 6 autossomos e 1 cromossomo X.
O professor Julio Rozas, Diretor do Grupo de Pesquisa em Genômica Evolutiva e Bioinformática, disse: “A redução do genoma da aranha D. tilosensis associada ao processo de colonização nas Ilhas Canárias é um dos primeiros casos documentados de redução substancial do genoma usando um genoma de referência de alta qualidade”.
“Este fenômeno foi agora descrito em detalhes pela primeira vez em uma espécie animal filogeneticamente intimamente relacionada”, continuou ele.
Encontrando a causa da redução do genoma
A professora Sara Gilão disse que nestas espécies evolutivamente semelhantes, que partilham habitats e dietas semelhantes, “as diferenças no tamanho do genoma não podem ser facilmente atribuídas a factores ecológicos ou comportamentais”. Guirao continuou: “A análise filogenética combinada com medições de citometria de fluxo revelou que o ancestral comum possuía um genoma grande (aproximadamente 3 Gb). Isto sugere uma redução dramática do genoma durante ou após a chegada às ilhas.”
Este resultado é obviamente contraditório por duas razões. Por um lado, o padrão mais comum, embora menos comum em animais, é um aumento no tamanho do genoma através da duplicação do genoma completo, “especialmente em plantas, onde o surgimento de espécies poliplóides (com múltiplas dotações cromossômicas) é comum. Em contraste, uma redução tão dramática no tamanho do genoma durante um período de tempo relativamente curto é muito mais rara”, disse Guirao.
Em segundo lugar, estas descobertas contradizem teorias que sugerem que nas ilhas, os efeitos fundadores (processos de colonização por um pequeno número de indivíduos) levam a uma pressão de selecção reduzida e, portanto, os genomas deveriam ser maiores e mais abundantes em elementos repetitivos.
“Neste estudo, observamos o contrário: as espécies insulares têm genomas menores, mais compactos e com maior diversidade genética”, diz o doutorando Vadim Pisarenco. Este padrão sugere a existência de mecanismos não adaptativos, “pelos quais a população das Ilhas Canárias permaneceria relativamente numerosa e estável durante longos períodos de tempo. Isto tornaria possível manter fortes pressões selectivas que eliminariam ADN desnecessário”, disse Pisarenko.
Descobrindo os mistérios genômicos da evolução
Não está claro por que algumas espécies acumulam grandes quantidades de DNA repetitivo, enquanto outras evoluem genomas simplificados. As descobertas podem ajudar a explicar este mistério de longa data na biologia evolutiva.
Alguns cientistas propuseram que as mudanças no tamanho do genoma refletem a adaptação direta ao meio ambiente. Outros acreditam que estas mudanças resultam de um equilíbrio entre o acúmulo de elementos repetitivos, como os transposons, e sua remoção através da seleção natural.
“Este estudo apoia a ideia de que o tamanho do genoma destas espécies depende principalmente do equilíbrio entre a acumulação e a remoção deste ADN repetitivo, e não da adaptação direta”, concluíram os investigadores.
