Cientistas descobrem antigos “interruptores” de DNA escondidos em plantas há 400 milhões de anos

Os genes e as suas funções permanecem muitas vezes notavelmente semelhantes entre espécies, mesmo quando essas espécies divergiram há centenas de 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, permanece conservado nas plantas durante longos períodos evolutivos. Durante muitos anos, alguns investigadores acreditaram que tal conservação poderia não existir nas plantas. Novas descobertas sugerem o contrário.

Descoberta de DNA regulador antigo em plantas

Um estudo publicado em Ciência do Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e colaboradores em todo o mundo identificou mais de 2,3 milhões de sequências regulatórias de DNA que permanecem conservadas em 314 genomas de plantas de 284 espécies. Essas sequências são conhecidas como sequências não codificantes conservadas (CNSs). A equipe os localizou usando uma nova ferramenta computacional chamada Conservatóriodesenvolvido através da colaboração entre os laboratórios de Idan Efroni na Universidade Hebraica, Madelaine Bartlett no Laboratório Sainsbury da Universidade de Cambridge e Zachary Lippman na CSHL.

Alguns desses CNS parecem ser extremamente antigos. Os investigadores encontraram evidências de que certas sequências se originaram antes das plantas com flores divergirem dos seus ancestrais sem flores, há mais de 400 milhões de anos.

Comparando centenas de genomas de plantas

Como os cientistas conseguiram descobrir um número tão grande de sequências reguladoras anteriormente ocultas?

Os investigadores concentraram-se em examinar a organização e composição de grupos de genes numa 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 detectar elementos conservados que os métodos anteriores não tinham percebido.

A pós-doutora do CSHL, Anat Hendelman, coautora do estudo, disse que a equipe ficou surpresa com quantas dessas sequências regulatórias existiram despercebidas. “Separar e editar geneticamente esses SNC confirmou que eles são essenciais para o funcionamento do desenvolvimento”, diz Hendelman.

Três regras principais da evolução do DNA regulador das plantas

O estudo também revelou três padrões importantes que ajudam a explicar como os SNCs evoluem nos genomas das plantas.

Primeiro, embora o espaçamento físico entre estas sequências possa mudar, a sua ordem ao longo do cromossoma tende a permanecer consistente. Em segundo lugar, quando os genomas das plantas são reorganizados durante a evolução, os SNC podem ficar ligados a diferentes genes. Terceiro, os SNCs antigos muitas vezes permanecem presentes após a duplicação dos genes, o que é um dos principais impulsionadores do genoma da planta e da evolução da família genética.

“Esta foi, na verdade, uma das razões pelas quais o SNC não pôde ser descoberto usando as mesmas abordagens utilizadas em animais”, explica Lippman. “Não encontramos apenas CNSs usando esta abordagem inovadora. Descobrimos que novas sequências regulatórias geralmente vêm de CNSs antigos que foram modificados após a duplicação genética. 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 agrícolas e seus ancestrais selvagens”. Biólogos vegetais, como David Jackson, colaborador do CSHL, podem agora usar este recurso para explorar como o DNA regulador foi preservado e remodelado ao longo da evolução das plantas.

As descobertas podem ser especialmente valiosas para os criadores de culturas que estão a tentar enfrentar desafios como a seca e a escassez de alimentos. No entanto, a importância da descoberta vai muito além da agricultura. Como diz Lippman: “É uma nova janela para a evolução da vida ao longo das eras e uma nova oportunidade para projetar ou ajustar com mais eficiência as características das culturas”.