A maioria das pessoas está familiarizada com a ideia de espaço profundo, mas os cientistas também estudam algo chamado tempo profundo. Os avanços na genética permitem agora que os investigadores rastreiem mudanças biológicas muito mais profundas no passado do que era possível anteriormente. Mesmo com estas ferramentas poderosas, muitas questões permanecem sem resposta. Um mistério de longa data tem desafiado os biólogos há décadas.
Os genes e as suas funções permanecem muitas vezes notavelmente semelhantes entre espécies, mesmo quando as espécies divergiram há centenas de milhões de anos. Esse padrão é encontrado tanto em plantas quanto em animais. Contudo, uma sequência semelhante não parece aplicar-se ao ADN, que controla quando os genes são ligados e desligados. Os cientistas procuraram determinar se este tipo de ADN, conhecido como ADN regulador, é conservado nas plantas durante longos períodos evolutivos. Por muitos anos, alguns pesquisadores acreditaram que tal conservação talvez não existisse 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 conservadas em 314 genomas de plantas de 284 espécies. Essas sequências são conhecidas como sequências não codificantes conservadas (CNs). A equipe os descobriu usando uma nova ferramenta computacional chamada Conservatóriodesenvolvido em colaboração entre os laboratórios de Idan Efroni na Universidade Hebraica, Madeleine Bartlett no Laboratório Sainsbury da Universidade de Cambridge e Zachary Lipman na CSHL.
Alguns desses CNS parecem ser muito antigos. Os investigadores encontraram evidências de que algumas sequências surgiram antes das plantas com flores divergirem dos seus ancestrais sem flores, há mais de 400 milhões de anos.
Comparação de centenas de genomas de plantas
Como os cientistas conseguiram descobrir um número tão grande de sequências reguladoras anteriormente ocultas?
Os pesquisadores se concentraram em estudar a organização e composição de grupos de genes em escala muito pequena. Ao comparar a forma como estes agrupamentos de genes estão organizados em centenas de genomas de plantas e traçar os seus padrões desde os antepassados até às plantas modernas, foram capazes de identificar elementos conservados que os métodos anteriores tinham perdido.
A pós-doutoranda do CSHL, Anat Hendelman, uma das primeiras autoras do estudo, disse que a equipe ficou surpresa com quantas dessas sequências regulatórias existiam sem serem detectadas. “A dissecação e a edição genética desses CNS confirmaram que eles são importantes para o funcionamento do desenvolvimento”, diz Handelman.
Três regras básicas de evolução regulatória do DNA vegetal
O estudo também identificou três padrões importantes que ajudam a explicar como o SNC evolui nos genomas das plantas.
Primeiro, embora o espaçamento físico entre estas sequências possa variar, a sua ordem ao longo do cromossoma geralmente permanece a mesma. Em segundo lugar, à medida que os genomas das plantas se reorganizam durante a evolução, os SNC podem associar-se a diferentes genes. Terceiro, os SNCs antigos muitas vezes permanecem presentes após a duplicação genética, o que é um dos principais impulsionadores do genoma das plantas e da evolução da família genética.
“Esta foi, na verdade, uma das razões pelas quais o SNC não pôde ser detectado utilizando as mesmas abordagens utilizadas em animais”, explica Lipman. “Não encontramos apenas um SNC usando esta abordagem inovadora. Descobrimos que novas sequências regulatórias geralmente vêm de CNSs antigos que foram modificados após a duplicação genética. Isso ajuda a explicar como aparecem novos elementos reguladores.”
Novo atlas de biologia vegetal e melhoramento de plantas
O projeto do conservatório criou o que os pesquisadores descrevem como um “atlas abrangente da conservação regulatória de todas as plantas, incluindo dezenas de espécies agrícolas e seus ancestrais selvagens”. Biólogos vegetais, como David Jackson, bolsista da CSHL, podem agora usar este recurso para investigar como o DNA regulatório foi conservado e alterado durante a evolução das plantas.
As descobertas podem ser particularmente valiosas para os criadores que tentam resolver problemas como a seca e a desnutrição. Porém, a importância da descoberta vai muito além da agricultura. Como diz Lipman, “esta é uma nova janela para a evolução da vida ao longo dos tempos e uma nova oportunidade para projetar ou ajustar com mais eficiência as características das culturas”.
