A maioria das pessoas está familiarizada com o conceito de espaço profundo, mas os cientistas estudam algo chamado tempo profundo. Os avanços na genética permitem agora aos investigadores traçar mudanças biológicas muito mais profundas do que no passado. Mesmo com estas ferramentas poderosas, muitas questões permanecem sem resposta. Um enigma de longa data desafia os biólogos há décadas.
Os genes e as suas funções são muitas vezes notavelmente semelhantes entre espécies, mesmo quando essas espécies divergiram há milhões de anos. Esse padrão aparece tanto em plantas quanto em animais. Contudo, a mesma consistência não parece aplicar-se ao ADN que controla quando os genes são ligados ou desligados. Os cientistas têm lutado para determinar se este tipo de ADN, conhecido como ADN regulador, foi conservado nas plantas durante longos períodos evolutivos. Durante muitos anos, alguns investigadores acreditaram que tal conservação poderia não existir nas plantas. Novas pesquisas sugerem o contrário.
Descoberta de DNA regulador antigo em plantas
Um estudo foi publicado 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 conhecidas como sequências não codificantes conservadas (CNSs). A equipe os identificou usando uma nova ferramenta computacional ArquivoDesenvolvido através de uma 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 pesquisadores encontraram evidências de que sequências específicas surgiram antes que as plantas com flores divergissem de seus ancestrais sem flores, há 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 examinar a organização e a estrutura dos grupos de genes em uma 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 espécies ancestrais até plantas modernas, eles foram capazes de identificar elementos conservados que os métodos anteriores tinham perdido.
A equipe ficou surpresa com quantas dessas sequências regulatórias não foram detectadas, disse Anat Hendelman, pós-doutoranda do CSHL, coautora do estudo. “Isolar e editar geneticamente esses CNSs confirmou que eles são essenciais para o funcionamento do desenvolvimento”, disse Hendelman.
O DNA regulador das plantas são as três regras principais da evolução
O estudo também revelou três padrões importantes que ajudam a explicar como o SNC evoluiu nos genomas das plantas.
Primeiro, embora o espaçamento físico entre estas sequências possa variar, a sua ordem ao longo do cromossoma permanece consistente. Em segundo lugar, quando os genomas das plantas são reorganizados durante a evolução, os SNC podem estar associados a diferentes genes. Terceiro, os SNCs antigos estão frequentemente presentes após a duplicação de genes, o que é um dos principais impulsionadores da evolução dos genomas das plantas e das famílias de genes.
“Esta foi, na verdade, uma das razões pelas quais o SNC não pôde ser descoberto utilizando os mesmos métodos utilizados em animais”, explica Lipman. “Não encontramos apenas o SNC usando este método inovador. Descobrimos que novas sequências regulatórias geralmente vêm do SNC antigo que mudou após a duplicação do gene. Isso ajuda a explicar como surgem novos elementos reguladores.”
Um novo atlas para biologia vegetal e ciência agrícola
O projeto do conservatório criou o que os pesquisadores descrevem como “um atlas abrangente de conservação regulatória de plantas, incluindo dezenas de espécies de cereais e seus ancestrais selvagens”. Biólogos vegetais, como David Jackson, colega do CSHL, podem agora usar este recurso para estudar como o DNA regulador foi conservado e remodelado ao longo da evolução das plantas.
Os resultados podem ser especialmente valiosos para os criadores de culturas que tentam lidar com desafios como a seca e a escassez de alimentos. No entanto, a importância da invenção vai além da agricultura. Como escreve Lipman: “Esta é uma nova janela sobre a evolução da vida ao longo dos tempos e uma nova oportunidade para projetar ou ajustar com mais eficiência as características das culturas.”
