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Planta colecionadora de genes surpreende biólogos

A descoberta pode ajudar a compreender o "DNA lixo" encontrado no genoma humano

Jeffrey Palmer, Indiana University Bloomington
Um arbusto antigo que cresce em apenas uma ilha do mundo, inexplicavelmente incorporou uma quantidade de genes mitocondriais estrangeiros seis vezes maior que a de genes prórpios. A descoberta surpreende  cientistas e talvez ajude a compreender a origem do DNA "lixo" que recheia o genoma humano.
Por Jennifer Frazer

 

Cientistas supõem que Amborella tenha incorporado todo o genoma mitocondrial de um tipo especial de musgo, de algas verdes, centenas de genes de outra alga e de um número indeterminado de plantas com flores. A descoberta é supera o que foi encontrado antes em qualquer outra planta. "O número de genes nativos é seis vezes inferior ao número de genes estrangeiros ", quantifica Jeffrey Palmer, biólogo da Indiana University em Bloomington e autor principal do artigo publicado na Science com os resultados em dezembro passado. "Nada como isso já foi visto antes. Foi totalmente chocante ".

Dan Sloan, professor assistente de biologia da Universidade Estadual do Colorado que estuda a evolução do DNA mitocondrial e não estava envolvido no estudo, diz que os resultados são emocionantes. "Acrescenta a uma longa lista de coisas incríveis e francamente estranhas sobre genomas  mitocondriais planta", diz ele.

Mitocôndrias - organelas que convertem alimento em energia que pode ser usada pela célula – são produto da incorporação de bactérias por células primordiais que deram origem a grandes formas de vida multicelulares. As mitocôndrias conservam indícios de sua vida independente anterior, incluindo o seu próprio DNA.

Amborella é um arbusto verde com pequenas flores brancas que cresce somente na Grand Terre, uma ilha na Nova Caledônia - arquipélago do Pacífico sob jurisdição da França, localizado a mais de 1.125 km a leste da Austrália. O ramo evolutivo de Amborella divergiu das demais plantas com flores cerca de 200 milhões de anos atrás e é a primeira planta sobrevivente conhecida a apresentar sinais desse fenômeno. Isso faz com que seja um organismo importante para o estudo de "mistério abominável" de Darwin – forma como o cientista se referia à evolução repentina de plantas com flores.

Neste estudo os cientistas sequenciaram o genoma mitocondrial de Amborella e analisaram todos os genes que poderiam encontrar. Eles encontraram praticamente todo o genoma mitocondrial de um musgo, fragmentado em quatro partes espalhadas pelo genoma.

O genoma mitocondrial Amborella também continha remanescentes de genomas de três diferentes espécies de algas verdes conhecidas por formar líquenes e pequenas quantidades de DNA de, pelo menos, mais uma alga. Encontraram também cerca de dois conjuntos extras de genes mitocondriais do que parecem ser plantas parasitas com flores. A vasta coleção dilatou o genoma mitocondrial de Amborella para o tamanho de um genoma de bactérias de vida livre.

Quase todos esses genes extras, porém, aparentemente não são funcionais mas persistiram ao longo tempo. A julgar pelas mutações acumuladas, as transferências parecem ter acontecido dezenas de milhões de anos atrás. "É como se Amborella fosse um museu cheio de DNA antigo em decadência", compara Palmer.

Antes da descoberta Amborella, a planta com maior acúmulo de genes mitocondriais estrangeiros conhecida  era Rafflesia, planta parasita que produz  a "flor-cadáver", nome dado por seu cheiro putrescente. (Ele também é conhecida como a maior flor do mundo). Rafflesia contém de 10 a 20 genes de outras plantas com flores, bem menor que a coleção de 197 genes e quatro genomas estrangeiros quase completos encontrados em Amborella.

Como isso pode ter acontecido? Amborella muitas vezes é incrustada com musgos, liquens e plantas parasitas, e a planta parece ser danificada muitas vezes por animais ou ramos que caem. As lesões provocadas quando as plantas são atingidas pode permitir que o conteúdo de células de duas espécies diferentes se misture.

Em todas as plantas, animais e fungos, mitocôndrias se fundem a outras ao longo do tempo, o que ajuda a corrigir quaisquer eventuais mutações, permitindo que cópias normais sejam transferidas para as mitocôndrias geneticamente alteradas. Palmer e seus colegas propõem que quando Amborella e suas epífitas (plantas que crescem sobre outras plantas) foram feridos, simultaneamente, as mitocôndrias de musgos, algas associadas a líquen e plantas parasitas foram misturados com o conteúdo das células de Amborella, que finalmente cicatrizou o corte.. Como todas as plantas - e com base nas provas em Amborella, algas verdes também - apresentam o mesmo mecanismo de fusão de mitocôndrias, as mitocôndrias dessas espécies não relacionadas podem ter se fundido com as de Amborella e trocado DNA.

Amborella reage ao dano fazendo combinações novas que podem se incorporar a células contendo DNA estrangeiro. Como a maioria das células vegetais pode, teoricamente, tornar-se uma célula-tronco, essas células têm efetivamente sido incorporadas numa nova linhagem germinativa ou numa nova planta individual. Esse processo seria improvável em animais, porque eles mantêm suas células germinativas - óvulos e espermatozoides-, em ovários ou testículos de difícil acesso e nunca ocorre reprodução por outros tecidos.

Mas por que Amborella é tão acumuladora? Ninguém sabe ao certo, mas pode ser que não seja raro colecionar tanto DNA estranho. Talvez a incorporação possa ser compreendida como um defeito no mecanismo de reparo do genoma mitocondrial.

 Amborella parece estar perfeitamente bem, mesmo com bagagem subcelular excessiva. Isto poderia ser interpretado como evidência de que o DNA extra é uma força neutra na evolução, que apoiaria a ortodoxia prevalente – questionada por pesquisas recentes do ENCODE (Enciclopédia de Elementos de DNA) DNA Consortium - que a grande maioria dos genes não codificadores no nosso próprio genoma também é "lixo" que não serve para nada, com pouco ou nenhum valor.

Apesar de Palmer acreditar que a excepcionalidade da herança encontrada em Amborella entre as plantas com florfoi apenas uma coincidência, Sloan sugeriu que a estabilidade genética da planta durante os 200 milhões de anos decorridos desde a sua separação das demais plantas com flores pode estar relacionada com a sua relutância em limpar seu armário mitocondrial "Talvez c não seja tão diferente", diz Sloan. "Talvez a inserção destes grandes genomas em mitocôndrias de plantas seja frequente. Mas, por ser estável ao longo da evolução de Amborella, não apagou as pegadas dessas inserções e podemos observá-las em detalhe.

 

Scientific American 04 de novembro de 2014 |