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Segunda-feira, Agosto 8, 2022

Muitos genes de plantas na verdade vêm de bactérias. E isso pode explicar o sucesso das primeiras plantas terrestres

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A evolução das plantas terrestres (simplificada). Cerca de 500 milhões de anos atrás, as plantas terrestres começaram a se espalhar da água para a terra. Crédito: IST Áustria.

Quando pensamos em transferência de genes, a primeira coisa que nos vem à mente é herança. Tendemos a nos parecer fisicamente com nossos pais, seja em termos de altura, tom de pele, cor dos olhos ou traços faciais, porque herdamos genes de cada um dos pais, que por sua vez receberam seus genes de seus pais e assim por diante. Alguns organismos, no entanto, consideram a reprodução sexual contraproducente para suas necessidades e optam pela clonagem, criando cópias genéticas perfeitas de si mesmos em perpetuidade, além da ocasional descendência mutante que se recusa a ser mais um pedaço do velho bloco. Mas isso não é tudo.

Às vezes, o DNA salta entre espécies completamente diferentes, e os resultados podem ser tão imprevisíveis que podem alterar drasticamente o curso da evolução da vida na Terra. Caso em questão, um novo estudo faz a afirmação ousada de que genes saltando de micróbios para algas verdes muitas centenas de milhões de anos atrás, mudaram as marés e impulsionaram a evolução das plantas terrestres. Centenas de genes encontrados em plantas consideradas essenciais para seu desenvolvimento podem ter aparecido originalmente em bactérias, fungos e vírus antigos e se integrados às plantas por meio de transferência horizontal de genes.

Falando com ZME CiênciaJinling Huang, biólogo da East Carolina University e autor correspondente do novo estudo, disse que pode ter havido dois grandes episódios de transferência horizontal de genes (HGT) na evolução inicial das plantas terrestres.

“Muitos ou a maioria dos genes adquiridos durante esses dois grandes episódios foram retidos em grandes grupos de plantas terrestres e afetam vários aspectos da fisiologia e desenvolvimento das plantas”, disse o pesquisador.

Compartilhar (genes) é cuidar

Eventos de troca de genoma são bastante comuns em bactérias. Na verdade, HGT é uma das principais razões pelas quais resistência a antibióticos está se espalhando rapidamente entre os micróbios. Essa troca de material genético pode transformar bactérias inofensivas em ‘superbactérias’ resistentes a medicamentos.

Até não muito tempo atrás, pensava-se que HGT ocorresse apenas entre procariontes como bactérias, mas evidências recentes sugerem que também pode acontecer em plantas e até em alguns animais. Por exemplo, um estudo de 2021 fez a afirmação ousada de que arenques e smelts, dois grupos de peixes que comumente vagam pelo extremo norte dos oceanos Atlântico e Pacífico, compartilhar um gene que não poderia ter sido transferido através de canais sexuais normais – com efeito, os pesquisadores afirmam que HGT ocorreu entre dois vertebrados.

“Nas aulas de genética, aprendemos que os genes são transmitidos de pais para filhos (como tal, as crianças se parecem com seus pais). Isso é chamado de transmissão vertical. Na transferência horizontal de genes, os genes são transmitidos de uma espécie para outra. Embora a importância do HGT tenha sido amplamente aceita em bactérias agora, há muitos debates sobre o HGT em eucariotos, particularmente plantas e animais. As descobertas deste estudo mostram que o HGT não ocorreu apenas em plantas, mas também desempenhou um papel importante na evolução das plantas terrestres”, disse Huang. ZME Ciência.

A fim de investigar o papel do HGT na evolução inicial das plantas, Huang e colegas da China analisaram os genomas de 31 plantas, incluindo musgos, samambaias e árvores, bem como algas verdes relacionadas a plantas terrestres modernas. Os pesquisadores suspeitaram que alguns genes foram transferidos de bactérias, mas os resultados foram totalmente surpreendentes. Eles sugerem que cerca de 600 famílias de genes – muito mais do que os pesquisadores esperavam – encontradas em plantas modernas foram transferidas de organismos totalmente estranhos, como bactérias e fungos.

Muitos desses genes estão envolvidos em importantes funções biológicas. Por exemplo, os genes abundantes da embriogênese tardia, que ajudam as plantas a se adaptarem a ambientes mais secos, são de origem bacteriana. O mesmo vale para o gene transportador de amônio que é essencial para a capacidade de uma planta de absorver nitrogênio do solo para crescer. E se você apenas despreza cortar cebolas, você também tem o HGT para culpar. Os pesquisadores descobriram que os genes responsáveis ​​pela biossíntese da toxina da ricina e da sulfina (substância irritante liberada quando cortamos cebolas) também são derivados de bactérias.

“Ficamos um pouco surpresos ao encontrar esses genes”, disse Huang, acrescentando que sua equipe conseguiu reconstruir as filogenias (a história da evolução de uma espécie) para os genes usando linhas independentes de evidência para determinar se um O gene é derivado de bactérias e o resultado de alguma mutação herdada.

“Por exemplo, um complexo ABC em plantas consiste em duas subunidades. Análises filogenéticas mostram que ambos os genes foram adquiridos de bactérias. Também descobrimos que os dois genes estão posicionados próximos um do outro nos cromossomos de ambas as bactérias e algumas plantas, sugerindo que os dois genes podem ter sido co-transferidos de bactérias para plantas”, acrescentou o cientista.

O estabelecimento da vida vegetal na terra é um dos episódios evolutivos mais significativos da história da Terra, com evidências reunidas até agora indicando que as plantas terrestres apareceram pela primeira vez cerca de 500 milhões de anos atrásdurante o período Cambriano, quando o desenvolvimento de espécies animais multicelulares decolou.

Essa colonização terrestre foi possível graças a uma série de grandes inovações na anatomia e bioquímica das plantas. Se essas descobertas forem verdadeiras, as bactérias devem ter desempenhado um papel importante. Devido ao HGT, as primeiras plantas poderiam ter adquirido características vantajosas que as tornam mais adaptadas ao seu novo ambiente terrestre quase imediatamente, em vez de ter que esperar quem sabe quantos milhares ou mesmo milhões de anos para desenvolver maquinaria genética semelhante.

As descobertas foram publicadas hoje na revista Planta Molecular.



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