Aranhas há milhões de anos Dysdera tilocensis (uma espécie encontrada apenas nas Ilhas Canárias) conseguiu algo notável: reduziu o tamanho do seu genoma para metade enquanto se adaptava ao ambiente insular. Apesar desta redução dramática, o genoma desta espécie não é apenas mais compacto, mas também contém um nível mais elevado de diversidade genética do que as aranhas continentais relacionadas.
Publicado em Biologia Molecular e EvoluçãoO estudo é a primeira vez que os cientistas observam que uma espécie animal reduziu seu genoma em cerca de 50% durante o processo de colonização de ilhas oceânicas.
Desafiando suposições evolutivas de longa data
Tradicionalmente, os cientistas acreditavam que as espécies que colonizavam ilhas produziam genomas maiores com DNA mais repetitivo. Esta nova descoberta vira essa ideia de cabeça para baixo e aprofunda o debate sobre um dos mistérios centrais da biologia: como e porquê o tamanho do genoma muda durante a evolução da vida.
A pesquisa foi liderada por Julio Rojas e Sara Guirao, da Faculdade de Biologia e Instituto de Pesquisas em Biodiversidade (IRBio) da Universidade de Barcelona. O primeiro autor do estudo, Vadim Pisarenko (UB-IRBO), trabalhou 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. Este novo estudo fornece um exemplo interessante desse fenómeno e sugere que a evolução pode seguir direções inesperadas.
Um quebra-cabeça evolutivo das Ilhas Canárias
Espécies de aranhas disdera As Ilhas Canárias sofreram uma diversificação significativa, uma região frequentemente descrita como um laboratório natural para o estudo da evolução isolada. Cerca de 50 são locais disdera As espécies, cerca de 14% de todas as espécies conhecidas da espécie, evoluíram lá desde que as ilhas se originaram, há vários milhões de anos.
Usando ferramentas avançadas de sequenciamento de DNA, os pesquisadores compararam duas espécies intimamente relacionadas: Disdera Catalanicaque vivem na Catalunha e em partes do sul da França e D. tilosensisNativa da ilha de Gran Canaria.
“Espécies D. Tem um genoma de 3,3 bilhões de pares de bases (3,3 GB, uma letra de DNA), o que é cerca de duas vezes o número de espécies D. tilosensis (1,7 GB). Curiosamente, apesar de terem um genoma pequeno, as espécies das Ilhas Canárias apresentam maior diversidade genética”, explicou o professor Julio Rojas, diretor do Grupo de Investigação em Genómica Evolutiva e Bioinformática da Universidade de Barcelona e membro do Conselho da Plataforma Bioinformática Barcelona (BIB).
Um caso raro de redução do genoma
O sequenciamento genômico também revelou que D. Um número haplóide de cromossomos é quatro autossomos e um cromossomo X, enquanto D. tilosensis Existem seis autossomos e um cromossomo X.
“A redução do genoma da aranha D. tilosensis, ligada ao processo de colonização das Ilhas Canárias, é um dos primeiros casos documentados de redução rigorosa do genoma usando um genoma de referência de alta qualidade”, disse o professor Julio Rojas, diretor do Grupo de Pesquisa em Genômica Evolutiva e Bioinformática.
“Este fenômeno está agora sendo descrito em detalhes para uma espécie animal filogeneticamente estreitamente relacionada pela primeira vez”, continuou ele.
Explorando a causa do declínio do genoma
Entre estas espécies evolutivamente semelhantes, que partilham habitats e dietas semelhantes, “as diferenças no tamanho do genoma não podem ser facilmente atribuídas a factores ambientais ou comportamentais”, disse a professora Sarah Guirao. “A análise filogenética – continuou Guirao – combinada com medições de citometria de fluxo, revelou que o ancestral comum tinha um genoma grande (cerca de 3 gigabytes). Isto indica que ocorreu uma redução drástica do genoma durante ou após a chegada às ilhas.”
Este resultado é claramente paradoxal por duas razões. Por um lado, embora menos frequente em animais, o padrão mais comum é um aumento no tamanho do genoma através da duplicação de todo o genoma, “especialmente em plantas, onde é comum a presença de espécies poliplóides (com múltiplos cromossomas). Em contraste, uma diminuição tão acentuada no tamanho do genoma durante um período de tempo relativamente mais longo é chamada guira.
Em segundo lugar, os resultados contradizem as teorias que argumentam que, nas ilhas, o efeito fundador – o processo de colonização por um pequeno número de indivíduos – leva a uma pressão selectiva reduzida e, como resultado, os genomas deveriam ser maiores e mais ricos em elementos repetitivos.
“Na pesquisa, observamos o oposto: as espécies insulares têm genomas menores, mais compactos e com maior diversidade genética”, disse o doutorando Vadim Pisarenko. Este padrão sugere a presença de mecanismos não adaptativos, “o que teria tornado a população relativamente numerosa e estável nas Ilhas Canárias durante muito tempo. Isto teria permitido manter uma forte pressão seletiva e, consequentemente, eliminar o ADN redundante”, diz Pisarenko.
Lançando luz sobre os mistérios genômicos da evolução
Ainda não está claro por que algumas espécies acumulam grandes quantidades de DNA repetitivo, enquanto outras produzem genomas simplificados. As descobertas podem ajudar a explicar este mistério de longa data na biologia evolutiva.
Alguns cientistas propõem que as mudanças no tamanho do genoma refletem a adaptação direta ao meio ambiente. Outros argumentam que estas mudanças resultam de um equilíbrio entre a acumulação de elementos repetitivos (como os transposons) e a sua remoção pela seleção natural.
“Este estudo apoia a ideia de que, em vez da adaptação direta, o tamanho do genoma nesta espécie depende principalmente do equilíbrio entre a acumulação e a remoção deste ADN repetitivo”, concluíram os investigadores.
