A adaptação do mecanismo fotossintético em plantas aéreas (Tillandsia) ocorre através da duplicação de genes
Pesquisadores da Universidade de Viena, juntamente com colaboradores da França, Alemanha, Suíça e EUA, alcançaram um grande avanço na compreensão de como os fatores genéticos influenciam a evolução de um mecanismo específico de fotossíntese em Tillandsia (plantas aéreas). Isto esclarece as ações complexas que causam a adaptação das plantas e a diversidade ecológica. Os resultados do seu estudo estão agora publicados na Plant Cell.
Algumas espécies de plantas desenvolveram uma característica de economia de água chamada Metabolismo Ácido Crassuláceo (CAM). As plantas CAM, como a maioria das espécies de Tillandsia – o gênero mais rico em espécies da família do abacaxi (Bromeliaceae) – otimizam a eficiência do uso da água: enquanto outras plantas normalmente abrem seus estômatos (pequenos poros nas folhas) durante o dia para absorver dióxido de carbono para a fotossíntese , as plantas CAM fazem isso à noite e armazenam CO2 afastados para uso posterior, ajudando-os a sobreviver com menos água. Esta característica evoluiu de forma independente várias vezes em todo o reino vegetal. No entanto, a evolução da complexa base genética da CAM permaneceu indefinida, tornando-a um foco de investigação em biologia evolutiva.
A regulação genética é fundamental
Neste estudo, a equipa de investigação concentrou-se num par de espécies de Tillandsia exibindo formas divergentes de fotossíntese – CAM vs. C3 – o que significa que a espécie C3 carece de adaptação especializada a condições áridas. Ao utilizar técnicas avançadas para estudar a genética e a bioquímica das plantas – por exemplo, análises de arranjos genéticos, evolução molecular e familiar de genes, expressão gênica diferencial temporal e metabólitos – eles descobriram que as mudanças na regulação genética são principalmente responsáveis pelos mecanismos genômicos que impulsionam a evolução CAM em Tillandsia. .
Clara Groot Crego, Departamento de Botânica e Pesquisa em Biodiversidade da Universidade de Viena e principal autora do estudo, explica: “Nossas descobertas revelam que, embora mudanças em grande escala tenham influenciado os genomas de Tillandsia como outras plantas, o ajuste de como a fotossíntese funciona acontece principalmente através de como os genes são regulados – e não alterando as sequências que codificam as proteínas.” Os principais insights do estudo, financiado pelo Fundo Austríaco para a Ciência (FWF) e pela Universidade de Viena, incluem a identificação de famílias de genes relacionados com CAM em expansão acelerada em espécies CAM. Isto destaca o papel crítico da evolução da família genética na geração de novas variações que impulsionam a evolução CAM.
Em novos nichos por evolução repetida
“O CAM evoluiu repetidamente em diferentes espécies de Tillandsia e acelerou a sua capacidade de colonizar novos nichos ecológicos, servindo como um factor-chave da especiação desenfreada observada neste grupo”, diz Ovidiu Paun, Departamento de Botânica e Investigação da Biodiversidade da Universidade de Viena e principal investigador do estudo. “A nossa investigação destaca a importância potencial da inovação genética, para além das meras mudanças de pares de bases, na promoção da diversificação ecológica”, acrescenta Paun.
Thibault Leroy, investigador principal do INRAE Toulouse, França, enfatiza que este estudo tem implicações que vão além da ciência básica. “Compreender como a CAM evoluiu pode ajudar a desenvolver estratégias para tornar as culturas mais resilientes à escassez de água e lidar com as alterações climáticas”.
A investigação será alargada a mais espécies deste e de outros grupos de plantas no âmbito de um novo projecto colaborativo financiado conjuntamente pelo Fundo Austríaco para a Ciência (FWF) e pela Agência Nacional Francesa de Investigação (ANR).
Publicação original:
A evolução CAM está associada à expansão da família de genes em uma radiação explosiva de bromélia. Clara Groot Crego, Jaqueline Hess, Gil Yardeni, Marylaure de La Harpe, Clara Priemer, Francesca Beclin, Sarah Saadain, Luiz A. Cauz-Santos, Eva M. Temsch, Hanna Weiss-Schneeweiss, Michael HJ Barfuss, Walter Till, Wolfram Weckwerth , Karolina Heyduk, Christian Lexer, Ovidiu Paun, Thibault Leroy. Célula Vegetal.
DOI: 10.1093/plcell/koae130
