A maioria das pessoas está familiarizada com o conceito de espaço profundo, mas os cientistas também estudam algo chamado espaço profundo. Os avanços na genética permitem agora que os investigadores rastreiem as mudanças biológicas passadas mais profundamente do que nunca. Mesmo com estas ferramentas poderosas, muitas questões permanecem sem resposta. Um enigma de longa data tem intrigado os biólogos há décadas.
Os genes e as suas funções permanecem frequentemente muito semelhantes entre as espécies, mesmo que essas espécies tenham divergido há centenas de milhões de anos. Esse padrão ocorre em plantas e animais. No entanto, a mesma consistência não parece se aplicar ao DNA que controla a ativação ou desativação dos genes. Os cientistas têm tentado determinar se este ADN, conhecido como ADN regulador, foi conservado nas plantas ao longo do longo processo de evolução. Durante anos, alguns investigadores pensaram que tal protecção poderia não existir nas plantas. Novas descobertas sugerem o contrário.
Descoberta de DNA regulador antigo em plantas
Um estudo publicado em ciência O Laboratório Cold Spring Harbor (CSHL) e colaboradores em todo o mundo identificaram mais de 2,3 milhões de sequências regulatórias de DNA que são conservadas em 314 genomas de plantas em 284 espécies. Essas sequências são chamadas de sequências não codificantes conservadas (SNC). A equipe usa uma ferramenta chamada estufaFoi desenvolvido em colaboração com Idan Efroni da Universidade Hebraica, Madelaine Bartlett do Laboratório Sainsbury da Universidade de Cambridge e o laboratório CSHL de Zachary Lippman.
Alguns destes sistemas nervosos centrais parecem ser muito antigos. Os investigadores encontraram evidências de que algumas sequências se originaram antes das plantas com flores divergirem dos seus ancestrais sem flores, há mais de 400 milhões de anos.
Compare centenas de genomas de plantas
Como os cientistas descobriram um número tão grande de sequências reguladoras anteriormente ocultas?
Os pesquisadores se concentraram em examinar a organização e a composição do genoma em uma escala muito pequena. Ao comparar como esses agrupamentos de genes estão organizados em centenas de genomas de plantas e traçar seus padrões desde espécies ancestrais até plantas modernas, eles foram capazes de detectar elementos conservados que os métodos anteriores não perceberam.
A equipe ficou surpresa com a quantidade de sequências regulatórias que passaram despercebidas, disse a coautora do estudo, Anat Hendelman, pós-doutoranda na CSHL. “O isolamento e a edição genética destes sistemas nervosos centrais confirmaram que eles são críticos para o funcionamento do desenvolvimento”, disse Hendelman.
Três regras principais que regulam a evolução do DNA nas plantas
O estudo também revelou três padrões importantes que ajudam a explicar como o sistema nervoso central evoluiu nos genomas das plantas.
Primeiro, embora o espaçamento físico entre estas sequências possa variar, a sua ordem ao longo do cromossoma tende a permanecer consistente. Em segundo lugar, quando os genomas das plantas são reorganizados durante a evolução, o sistema nervoso central pode ficar associado a diferentes genes. Terceiro, os antigos sistemas nervosos centrais muitas vezes sobrevivem à duplicação de genes, que é um dos principais impulsionadores da evolução dos genomas das plantas e das famílias de genes.
“Esta é na verdade uma das razões pelas quais o sistema nervoso central não pode ser descoberto utilizando os mesmos métodos que nos animais”, explica Lippmann. “Não descobrimos apenas o sistema nervoso central usando esta abordagem inovadora. Descobrimos que novas sequências reguladoras muitas vezes vêm de sistemas nervosos centrais mais antigos que foram modificados após a duplicação genética. Isto ajuda a explicar como surgem novos elementos reguladores.”
Um novo mapa da biologia vegetal e da ciência agrícola
O projeto da estufa cria o que os pesquisadores chamam de “um atlas abrangente de conservação regulatória de plantas, incluindo dezenas de espécies agrícolas e seus ancestrais selvagens”. Biólogos vegetais, como David Jackson, colaborador do CSHL, podem agora usar este recurso para explorar como o DNA regulador é conservado e remodelado durante a evolução das plantas.
As descobertas podem ser particularmente valiosas para os criadores de culturas que tentam lidar com desafios como a seca e a escassez de alimentos. No entanto, o significado desta descoberta vai muito além da agricultura. Como disse Lippmann: “Esta é uma nova janela para a evolução da vida ao longo de centenas de milhões de anos e uma nova oportunidade para projetar ou ajustar com mais eficiência as características das culturas”.
