LESMAS-DO-MAR – UM ESTUDO DE CASO PARA ENDOSSIMBIOSE, TRANSFERÊNCIA HORIZONTAL DE GENES E FOTOSSÍNTESE

Elysia chlorotica

Elysia chlorotica (Placobranchidae)

Entender a genética e as vias metabólicas que são estabelecidas durante um processo de endossimbiose é difícil, pois geralmente fazemos uma abordagem regressiva. Geralmente estudamos o que há no presente buscando compreender os eventos passados testando inferências. No entanto, um caso novo e surpreendente pode nos auxiliar a entender melhor a dinâmica do estabelecimento da endossimbiose.

Este é o caso da lesma do mar Elysia chlorotica que adquire plastídios por ingestão de sua fonte de alimento, algas Vaucheria litorea. As organelas das algas são sequestradas no epitélio digestivo do molusco, e a fotossíntese permanece ocorrendo durante meses, mesmo na ausência do nucleocitoplasma das algas. Isto é intrigante, porque o metabolismo plastidial depende do genoma nuclear em 90% proteínas. Inicialmente, quando o caso foi descoberto, cogitaram duas possíveis explicações para este fenômeno: 1) a capacidade dos plastídios de V. litorea ter certa autonomia genética; 2) o molusco fornecer as proteínas plastidiais essenciais. Essa segunda opção se faz valer atualmente.

Vaucheria litorea

Vaucheria litorea

Neste cenário, genes de apoio a fotossíntese foram adquiridos pelo animal através de transferência horizontal de genes e as proteínas codificadas são redirecionadas para o plastídio. Um grupo de pesquisa sequenciou o genoma do plastídio e confirmou que falta o complemento completo de genes necessários para a fotossíntese. Em apoio ao segundo cenário, um gene nuclear de fotossíntese aeróbica, chamado psbO, é expresso na lesma do mar e tem integrado a linha germinativa do processo. A fonte de psbO na lesma do mar é a V. litorea porque esta sequência é idêntica no genoma dor predador e da presa. A constatação de que o gene transferido esta integrado no DNA nuclear da lesma do mar vem de uma sequencia desse gene altamente divergente psbO-3´ que é homologa em ambos os genomas nucleares (de algas e moluscos) e que esta ausente no genoma mitocondrial de E. chlorotica (Rumpho, et al, 2008).

A retenção dessa organela estrangeira gera uma novidade metabólica que e é explicada por uma anastomose de ramos distintos da árvore da vida dirigida por transferência horizontal de genes na dinâmica de predação.

As associações simbióticas e seus eventos de transferência de genes relacionados são postuladas como fortes contribuintes a inovações evolutivas e de biodiversidade. Isto vem de extensas análises de organelas, como mitocôndrias, plastídios (como os cloroplastos) que se originaram via endossimbiose primária de cianobactérias de vida livre (Martin & Kowallik, 1999 e Margulis  & Sagan, 2003). (Veja mais em CIANOBACTERIA – UMA PEQUENA BUCHA PARA O SILOGISMO CRIACIONISTA/DI)

O genoma de cianobactérias foi bastante reduzido por transferência de genes na endossimbiose para o núcleo de acolhimento, dando origem às linhagens primárias de plantas e algas verdes (Streptophyta e clorofíceas), algas vermelhas (Rodofíceas, marinhas bentônicas), e Glaucofitas (Martin, 2003) (Chromalveolata, Euglenoidea). Por sua vez, surgiu por endossimbiose secundária a captação de uma alga eucariótica (linhagem verde ou vermelha) por uma hospedeira eucariótica heterotrófica.

Simbiose e evolução das algas eucarióticas. Exemplos representativos de tipos de eventos responsáveis pela endossimbiose, aquisições múltiplas de fotossíntese em eucariotas são mostrados no esquema. Em (A), o evento simbiótico original, que acredita-se ter sido entre um protista flagelado primitivo (n1 representa o núcleo do protista) e cianobactérias (cy). A perda massiva e transferência de genes ocorreu entre as cianobactérias e n1, resultando na formação de um cloroplasto intracelular obrigatório (ch). Em (B) Um Stramenopile hipotético ancestral heterotrófico (núcleo representado por n2) que incorpora uma alga eucariótica fotoautotrófica. A transferência de genes em massa ocorreu entre n1 e n2, resultando na perda de n1 e divergência nas cromofitos. Em (C), dinoflagelados heterotróficos hipotético (n3) incorporando uma cromofitos. Neste exemplo, n2 é retida. Em outros eventos simbióticos, a transferência de genes entre n2 e n3 ocorreu, resultando em n2 se tornando muito reduzido (nucleomorfo) ou perdido. Em (D), a macroalga cromofitos V. litorea sofre simbiose com E. chlorotica como resultado da alimentação adaptado a sucção pelas lesmas marinhas juvenis sobre os filamentos de algas. Os núcleos V. litorea (n2) são perdidos, e apenas os cloroplastos intactos (ch) são retidos no citoplasma das células que revestem o divertículos digestivo.

Simbiose e evolução das algas eucarióticas. Exemplos representativos de tipos de eventos responsáveis pela endossimbiose, aquisições múltiplas de fotossíntese em eucariotas são mostrados no esquema. Em (A), o evento simbiótico original, que acredita-se ter sido entre um protista flagelado primitivo (n1 representa o núcleo do protista) e cianobactérias (cy). A perda massiva e transferência de genes ocorreu entre as cianobactérias e n1, resultando na formação de um cloroplasto intracelular obrigatório (ch). Em (B) Um Stramenopile hipotético ancestral heterotrófico (núcleo representado por n2) que incorpora uma alga eucariótica fotoautotrófica. A transferência de genes em massa ocorreu entre n1 e n2, resultando na perda de n1 e divergência nas cromofitos. Em (C), dinoflagelados heterotróficos hipotético (n3) incorporando uma cromofitos. Neste exemplo, n2 é retida. Em outros eventos simbióticos, a transferência de genes entre n2 e n3 ocorreu, resultando em n2 se tornando muito reduzido (nucleomorfo) ou perdido. Em (D), a macroalga cromofitos V. litorea sofre simbiose com E. chlorotica como resultado da alimentação adaptado a sucção pelas lesmas marinhas juvenis sobre os filamentos de algas. Os núcleos V. litorea (n2) são perdidos, e apenas os cloroplastos intactos (ch) são retidos no citoplasma das células que revestem o divertículos digestivo. (Fonte: Rumpho 2000)

Neste caso, a transferência de genes entre organismos independentes via lateral ou horizontal do gene e subsequente perda ocorreu como resultado da ”fusão” dos dois núcleos (Lane & Archibald 2008). Como resultado de endossimbiose primária e secundária, os genomas plastidiais (ptDNAs) codificam menos do que 10% das 1.000 a 5.000 proteínas previstas necessárias para sustentar a capacidade metabólica do plastídio (Richly & Leister, 2004).

Exemplos de transferência horizontal de genes entre espécies não relacionadas são abundantes entre os procariontes (Dagan & Martin, 2007), mas nem tanto entre procariotas/unicelulares (Nosenko & Bhattacharya, 2007) ou ainda, entre eucariontes/multicelulares. A maioria destes exemplos estão associados com o parasitismo ou fagotrofia, incluindo os estudos elegantes de transferência horizontal de genes entre a α-proteobacteria Wolbachia e insetos e/ou com vermes nematóides (Dunning-Hotopp et al, 2007), e a descoberta de genes de rizóbio em fitonematóides (Scholl et al, 2003). A troca de material genético entre dois eucariontes é extremamente rara, ou pelo menos não bem documentada até o momento. Os casos mais bem estudados incluem a transferência de DNA mitocondrial de plantas sem clorofila, ou de epífitas, ao genoma mitocondrial (mtDNA) de seus hospedeiros fotossintéticos estreitamente relacionados (Richardson & Palmer, 2007), a troca de transposons entre dois animais (Lampe et al, 2003) ou ainda em duas espécies de plantas do gênero Oryza (Roulin et al, 2008), e a presença de genes de plantas em nemátodeos parasitas de plantas (para além dos genes rizobianos citados acima), os quais acredita-se ser genes de ”defesa” cujos produtos protegem o hospedeiro do parasita (Wasmuth et al 2008).

O molusco Sacoglosso (lesma do mar) Elysia chlorotica representa um sistema modelo original para estudar o potencial para essa transferência horizontal de genes entre dois eucariotas multicelulares, a partir de uma alga filamentosa secundária heterokonte, a Vaucheria litorea. Esta lesma verde (também chamada de lesma-esmeralda) deve a sua coloração a capacidade fotossintética de seus plastídios adquiridos durante sua alimentação herbívora (Trench, 1975).

Os plastídios continuam a realizar a fotossíntese, proporcionando a lesma do mar energia e carbono durante seus cerca de 9 meses de vida. A atividade plastídica a longo prazo continua, apesar da ausência de núcleos de algas (Green BJ et al, 2000), e, portanto, permanece um fluxo de proteínas dirigidas aos plastídios nucleares.

Inicialmente supôs-se que os genes que codificam as proteínas nucleares essenciais para os plastídios de algas estavam presentes na lesma do mar, presumivelmente como resultado de transferência horizontal. Mas as evidências para tal transferência no inter-domínio psbO (gene que codifica a proteína-estabilizadora-manganes (MSP=PsbO) mostra que MSP é uma subunidade do complexo do fotossistema II associada a evolução fotossintética de oxigênio (De Las Rivas & Barber 2004), que é, sem dúvida, o complexo enzimático mais importante da vida oxigênica.

Mapa do ptDNA de V. litorea. Os genes do lado de fora são transcritos na direção dos ponteiros do relógio, ao passo que os genes no interior são transcritos no sentido contrário. Os genes são codificados por cores de acordo com a sua função como mostrado na imagem. tRNAs são listados pelo código de aminoácidos de uma letra, seguida do anticodon. O único gene com um intron (L-uaa) é indicado por um asterisco. A direita há o mapa do mtDNA do molusco sacoglossan E. chlorotica. Os genes são transcritos também no sentido horário e são mostrados no lado de fora do círculo, enquanto que aqueles transcrito anti-horário são mostrados para o interior do círculo. Os nomes do genes RNAt são indicados pelo código de aminoácidos de três letras com o RNAt de duas leucinas e duas serina diferenciadas por sinais de + e -, reconhecendo códons UAG e UAA para leucina e AGN e UCN para serina, respectivamente.

Mapa do ptDNA de V. litorea. Os genes do lado de fora são transcritos na direção dos ponteiros do relógio, ao passo que os genes no interior são transcritos no sentido contrário. Os genes são codificados por cores de acordo com a sua função como mostrado na imagem. tRNAs são listados pelo código de aminoácidos de uma letra, seguida do anticodon. O único gene com um intron (L-uaa) é indicado por um asterisco.
A direita há o mapa do mtDNA do molusco sacoglossan E. chlorotica. Os genes são transcritos também no sentido horário e são mostrados no lado de fora do círculo, enquanto que aqueles
transcrito anti-horário são mostrados para o interior do círculo. Os nomes do genes RNAt são indicados pelo código de aminoácidos de três letras com o RNAt de duas leucinas e duas serina diferenciadas por sinais de + e -, reconhecendo códons UAG e UAA para leucina e AGN e UCN para serina, respectivamente. Clique para ampliar

Em um dos estudos (Rumpho, et al, 2008) os plastídios de E. chlorotica não são transmitidos verticalmente; em vez disso, eles devem ser adquiridos a cada geração, no início do desenvolvimento para garantir maturação da lesma do mar em um adulto (West et al, 1984). Estudos em laboratório foram realizados e também demonstraram que a alga V. litorea, contém plastídios secundários de origem em algas vermelhas (Lee, 1989).

O sequenciamento subsequente e mapeamento de DNA plastidial de V. litorea revelou uma cadeia dupla genoma circular com 169 genes muito compacta (115,341 pb), incluindo 139 genes codificantes de proteínas, 27 genes tRNA, e três genes rRNA. O conteúdo geral de bases G-C é de 28%, que é baixo em comparação com a maioria dos plastídios, incluindo outros heterokontes relacionados (Oudot-Le Secq et al, 2007).

O genoma dela é dividido em duas grandes regiões de cópia única (uma de 62,002 pb e outra de 43,469 pb) e por duas repetições invertidas (ambas menores que 4935 pb). Todos os rRNA de plastídios são encontrados são altamente conservados (rrs-trnI- trnA-rrl-rrf). V. litorea contém um íntron no gene trnL, em UAA que também está presente em cianobactérias (Paquin, 1994). Além disso, V. litorea manteve os genes para a luminosidade, independente da via de biossíntese de clorofila: chlB, chlL e chlN. No entanto, como esperado, as ações do ptDNA  de V. litorea tem maior semelhança com heterokontes e algas vermelhas do que com plastídios verdes (Oudot-Le Secq et al, 2007)

Examinando a autonomia genética do ptDNA de V. litorea foi descoberto a ausência do principal conjunto de proteínas do núcleo que esta envolvido na evolução do complexo do fotossistema II, o MSP (codificado por psbO). A MSP tem sido relatado como crítico para a estabilidade da reação da água na fotossíntese e que gera o oxigênio atmosférico. A conservação evolutiva dessa reação é demonstrada pela presença de MSP em todos os organismos fotossintéticos (De Las Rivas & Barber 2004). Da mesma forma, os genomas animais nunca demonstraram conter qualquer vestígio de psbO; portanto, a MSP não pode ser feita pela lesma do mar na ausência de transferência horizontal de genes.

Além disso, como se sabe, a evolução do oxigênio está ligada a cadeia de transferência de elétrons, e ela permanece ocorrendo na lesma do mar por pelo menos 5 meses depois de ter sido privada de sua presa, as algas (Green BJ et al, 2000). O fotossistema II é altamente sensível ao dano oxidativo exigindo a síntese contínua das subunidades do sistema (Andersson & Aro, 2001). Por esta razão, o psbO é um grande objeto de estudo.

O estudo (Rumpho, et al, 2008) ainda analisou os iniciadores heterólogos degenerados que foram concebidos com base em alinhamentos de sequências psbO amplificadas utilizando a transcriptase reversa. A ideia era analisar o genoma da lesma.

Embora tenha passado vários meses desde o momento em que as lesmas do mar foram tiradas do estado natural de contato com a alga, a possibilidade de núcleos de algas restantes no intestino da lesma do mar foi excluída, para evitar a contaminação para o estudo do DNA genômico do animal.  Isso é importante porque plastídios não são herdados por E. chlorotica, e os ovos fornecem uma fonte de DNA e RNA dos animais que é livre de contaminação de algas (Green BJ et al, 2000).

As sequências de aminoácido de MSP traduzidas são idênticas para ambos V. litorea e E. chlorotica e foram analisadas por métodos filogenéticos (Swofford et al, 2001) que incorporaram 23 sequências de MSP já conhecidas pela ciência e previamente publicadas em artigos.

Isto revelou um assentamento das sequências na linhagem de algas vermelhas e um clado contendo outros heterokontes. Como era esperado para esta linhagem secundária, a pré-proteína MSP de V. litorea contém uma sequência tripartite de segmentação. Isto quer dizer que a presença do retículo endoplasmático dos cloroplastos em torno dos plastídios devem ser atravessadas por proteínas direcionadas para o plastídio (Chaal & Green, 2005). O que é interessante é que a pré-proteína MSP nestas lesmas reteve toda sequência tripartite, especialmente porque o retículo endoplasmático não parece ser retido em torno dos cloroplastos (Rumpho et al, 2001)

Recentemente, constatou-se que os genes que codificam proteínas nucleares complexas capturam de luz localizada dos plastídios (fcp, lhcv1 e lhcv2) e têm também sido transferidos a partir de V. litorea e E. chlorotica (Pierce et al, 2007). Usando técnicas de PCR semelhantes, sequências de nucleotídeos idênticas foram relatadas em fcp e lhcv1 em lesma do mar e algas, e apenas uma única substituição de base foi encontrada entre lhcv2 larval e lesma do mar adulto ou lhcv2 de alga.

De forma semelhante a muitas outras relações fagocíticas ou parasitárias que levam a eventos de transferência horizontal de genes, a endossimbiose de plastídios na relação E. chlorotica/V. litorea envolve contato físico íntimo entre predador e presa. Durante a alimentação fagocítica, os núcleos das células das algas entram em contato físico direto com o epitélio digestivo da lesma do mar. Após a ruptura nuclear no intestino, pedaços de DNA cromossômico de algas (e possivelmente transcrições) podem ter sido transferidas de forma aleatória por “’transferência em massa’” ou transmissão viral (Pierce et al,1999) para a lesma do mar. Dois locais potenciais para a inserção de genes estranhos na lesma do mar são; o genoma nuclear e o mtDNA.

A transferência de genes de mitocôndria-para-mitocôndria é reconhecida como um modo dominante de transferência horizontal de genes em plantas por causa das maiores taxas de mtDNAs nestes taxa (Richardson &Palmer, 2007). Quanto menor e mais compacto o animal, ou a mitocôndria de metazoários geralmente viram alvo para a inserção de genes estrangeiros.

No entanto, há alguns metazoários basais que apresentam uma maior variação no tamanho do mtDNA e conteúdo gene (Lavrov, 2007). Isso inclui vários exemplos de transferência horizontal de genes do grupo I de sequências íntrons (normalmente não encontradas em animais) para o mtDNA de uma espécie de esponja (Rot et al, 2006), anêmona-do-mar (Beagley et al, 1996) e coral (van Oppen,et al, 2002).

Para determinar se o mtDNA de E. chlorotica serve como um destino para todos os genes estrangeiros, incluindo o psbO, o uso de PCR obteve a seqüência completa do mtDNA, cerca de 14.132 pb a partir de ovas lesma do mar. No genoma foram encontrados 37 genes padrões vistos em outras mitocôndrias típicas de animais. Não foram identificados íntrons, apenas 0,0125% de DNA não codificante.

A homogeneidade nas sequencias G-C do mtDNA não apoiam a existência de uma região quimérica e para validar ainda mais os resultados, a possibilidade de transferência horizontal de genes em mitocôndrias de E. chlorotica, análises filogenéticas com dados de nucleotídeos e dados de máxima verosimilhança inferidas com estes alinhamentos mostraram que as sequências de E. chlorotica são monofiléticas em moluscos, consistente com uma história evolutiva vertical para mtDNA. Estas análises apontam para uma intacta transferência em  mtDNA animal em E. chlorotica.

Assim, evidências moleculares são apresentadas como apoio a transferência horizontal de genes, embora, ainda muitas perguntas permanecem sem resposta, como por exemplo, a localização cromossômica exata das sequências adicionais do gene psbO na lesma do mar. Mas a transferência horizontal de genes contribui para a sobrevivência a longo prazo e o funcionamento dos plastídios de V. litorea em E. chlorotica e que muitos mais genes nucleares de algas foram transferidos na lesma do mar. Em função destes resultados, a perspectiva para as transferências horizontais naturais ocorrendo entre organismos distantemente relacionados, especialmente com qualquer contato físico, deve ser considerado formalmente possível.

As implicações para a evolução e especiação por meio de aquisição de partes estrangeiras e genes selecionados para a produção de novas linhagens, como proposto por Margulis (Margulis & Sagan, 2003), são intensificadas por este molusco fotossintético incomum.

O mais surpreendente, é que essas associações simbióticas ocorrem em outras espécies de moluscos Sacoglossa.

Foi relatado anteriormente que muitas espécies da ordem Sacoglossa (Mollusca: Opisthobranchia) contém cloroplastos de algas no interior das células de sua glândula digestiva e os mantém em uma condição simbiótica. Um estudo comparado feito em duas espécies, Elysia hedgpethi e Placobranchus ianthobapsus mostrou também suas capacidades de reter seus cloroplastos funcionais nos tecidos digestivos. Os animais foram expostos a regimes de privação alimentar em diferentes períodos de tempo, e a capacidade funcional dos plastídios foi verificada em intervalos. O teor de clorofila e a capacidade de incorporar 14CO2 foram usados como ensaio para analisar a capacidade funcional. Em E. hedgpethi o conteúdo de clorofila diminuiu durante períodos de fome, até o décimo dia, quando a clorofila não era detectável metricamente. A incorporação de 14CO2 paralela com o declínio da clorofila se manteve até ao décimo dia em P. ianthobapsus que não apontou redução no teor de clorofila durante 27 dias de fome. Embora mostraram uma diminuição ma capacidade de incorporar 14CO2 (Greene, 1970).

A lesma Elysia clarki se alimenta de algas sifonáceas e intracelularmente sequestra cloroplastos, que ativamente fotossintetízam durante cerca de 4 meses. Foi detectado que a fonte de cloroplastos são as algas. Os resultados de estudos demonstram claramente que E. clarki sequestra cloroplastos de quatro espécies diferentes de algas: Penicillus lamourouxii, P. capitatus, Halimeda incrassata e H. monile. Os cloroplastos de mais de uma espécie de algas são sequestradas simultaneamente na mesma célula digestiva (Nicholas et al, 2006).

Mesmo no caso da E. chlorotica e algas cromófitas, os genomas do cloroplasto tendem a ter uma capacidade de codificação superior a de clorofíceas. Apenas 120 a 130 produtos de genes são resultado de codificação de plastídios, o que representa apenas cerca de 13% de todos os produtos de genes necessários para a função do plastídio (Reith, 1995). Além disso, os produtos dos gene D1, D2, PsaA/B, e vários outros polipeptídios que formam os complexos fotossintéticos dos plastídios. Eles dependem de regulação nuclear em um ou ambos os níveis de transcrição e tradução (Stern et al., 1997 ; Merchant e Dreyfuss, 1998). Por sua vez esta regulação nuclear pode ser influenciada por fatores fisiológicos e ambientais adicionais (Aro et al., 1993)

As interações dos complexos nucleocitosólicos/cloroplásticos exigidos para a função do plastídio em espécies vegetais e algas apresenta-se em E. chlorotica com o que parece ser obstáculos intransponíveis para a manutenção da função do plastídio em um ambiente externo para um período tão longo de tempo. Apesar disso, os resultados anteriores indicam que vários polipeptídios codificados por cloroplastos (especificamente D1, D2, CP43, a grande subunidade de Rubisco [Rubisco LS]), e uma proteína nuclear (relacionada com a clorofila fucoxantina [chl] a/c-proteína de ligação de [FCP]) estão presentes nos cloroplastos dos moluscos. Pelo menos duas destas proteínas (D1 e Rubisco LS), são sintetizadas no animal (Mujer et al., 1996,. Pierce et al, 1996). Além disso, os níveis de transcrições de D1 foram detectados nos cloroplastos endossimbióticos durante 7 meses (Mujer et al., 1996). Tomados em conjunto, estes dados sugerem que em adição a fotossíntese, os plastídios são capturados funcionalmente e capazes de transcrição e tradução. V. litorea não contém fucoxantina, mas em vez disso usa Vauqueriaxantina como sua maior xantofila (Green et al, 2000).

Embora seja possível que os cloroplastos proporcionem outros benefícios a estes moluscos (tais como camuflagem), estudos anteriores (Mujer et al., 1996,. Pierce et al, 1996) indicam que os plastídios são fotossinteticamente ativos por pelo menos 5 meses e minimamente funcional para pelo menos 9 meses, após a incorporação pela lesma do mar.

Os cloroplastos simbióticos continham níveis de proteínas plastidiais semelhantes ao das algas. Estes incluíram as proteínas do núcleo, D1 e D2 para o fotossistema III e PsaA e PSAB para fotossistema I, que são geralmente aceitos como sendo essenciais (Nechushtai et al., 1996, Satoh, 1996). Proteínas de ligação Ch (CP-43 e CP-47) são também tipicamente encontradas associadas com o complexo do fotossistema II (Bricker e Ghanotakis, 1996), bem como citocromo b559 (Whitmarsh e Pakrasi, 1996). Anticorpos para CP-43 e coloração heme para citocromo b559 mostraram que ambos estiveram presentes em níveis relativamente elevados em toda a associação simbiótica. Além de PsaA/B no fotossistema I, PsaC e PsaD, o receptor de elétrons terminal e local do fotossistema I também estavam presentes nos simbiontes (Nechushtai et al., 1996).

A redução das taxas de evolução de oxigênio e atividade do sistema de transferência de elétrons após cerca de 5 meses de incorporação paralela, especialmente de D2, apresentaram o maior declínio ao longo do tempo.

Uma proteína nuclear nas algas, chamada de Proteína-complexa-de-captura-de-luz (sigla em inglês é LHCP) é imunorreactiva para diatomácea, foi encontrada em maior ou igual abundância em comparação com os plastídios endossimbiontes pelo menos 7 dos 9 meses do experimento.

A ligação entre a longevidade lesma do mar e degradação plastidial não é evidente, mas deve salientar que uma perda de pigmentação foi observada nas lesmas do mar, semelhantes a senescência de uma folha. A perda da pigmentação ocorreu por causa da rotatividade proteica do plastídio simbionte, e aumentou logo após um declínio na atividade fotossintética (5-6 meses).

Isto sugere que o ciclo de vida natural das lesmas do mar pode não ser capaz de fornecer o ambiente celular necessário, bem como componentes básicos para a produção de proteína do cloroplasto para manter o máquinário fotossintético dos plastídios simbiontes. Pierce et al. (1999) atribuíram a morte em massa sincronizada das lesmas do mar em cerca de 9 a 10 meses na cultura, e no mar o aumento ocorreu devido a atividade de um vírus endêmico na população E. chlorotica.

Tendo em conta as complexas interações nuclear e dos plastídios documentadas para inúmeras espécies de plantas e algas, um plastídio funcionalmente autônomo parece improvável. A explicação mais simples para os plastídios funcionais seria a presença de um genoma nuclear de algas no animal. Isso corrobora o que já foi descrito acima.

Não há núcleos de algas, e nucleomorfos foram observados por diversos estudos de microscopia eletrônica nesta simbiose sacoglossa/plastídeo (Kawaguti e Yamasu, 1965;. Graves et al, 1979; Rumpho et al., 2000).

A ausência de sinais positivos de internal transcribed spacer (ITS1) (um pedaço de RNA não-funcional estrutural situado entre RNAs ribossomais) em tecido lesma do mar, ao mesmo tempo foram detectados sinais positivos de rbcL de plastídios demonstrando que simbiontes estavam presentes no tecido, mas não estava presente DNA nuclear de algas.

Também foram recolhidos DNA ribossomal nuclear em regiões ITS por causa de sua mudança evolutiva rápida, o que mostrou impedir a hibridação de V. litorea com lesma, exatamente por causa de sua presença em múltiplas cópias (White et al, 1990).

O que temos neste caso não é somente uma espécie de lesma fazendo um papel fotossintético, mas um gênero que têm habilidades impares para se estudar o processos endossimbiótico do ponto de vista genético e molecular, seja no gênero Elysia, ou em Placobranchus.

As inferências de simbiose feitas por Margulis estão sendo colocadas a prova do ponto de vista molecular, e parecem estar consolidando uma base empírica maior para este paradigma.

Victor Rossetti

Palavras Chave: Rossetti, Netnature, Les-do-mar, Elysia chlorotica, Vaucheria litorea, Plastídio, Algas, Endossimbiose, Transferência horizontal de genes, Fotossíntese.

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Referências

Martin W, Kowallik K V (1999) An notated English translation of Mereschkowsky’s 1905 paper U¨ber Natur und Ursprung der Chromatophoren im Pflanzenreiche. Eur J Phycol34:287–295.
Margulis L, Sagan D (2003) Acquiring genomes:A theory of the origins of species.(Basic Books, New York, NY).
Martin W (2003) Gene transfer from organelles to the nucleus: Frequent and in big chunks. Proc Natl Acad Sci USA 100:8612–8614.
Lane CE, Archibald JM (2008) The eukaryotic tree of life: Endosymbiosis takes its TOL.Trends Ecol Evol 23:268–275.
Richly E, Leister D (2004) An improved prediction of chloroplast proteins reveals diversities and commonalities in the chloroplast proteomes of Arabidopsis and rice. Gene 329:11–16.
Dagan T, Martin W (2007) Ancestral genome sizes specify the minimum rate of lateral gene transfer during prokaryote evolution. Proc Natl Acad Sci USA 104:870–875.
Nosenko T, Bhattacharya D (2007) Horizontal gene transfer in chromalveolates. BMC Evol Biol 7:173.
Dunning-Hotopp JC, et al. (2007) Widespread lateral gene transfer from intracellular bacteria to multicellular eukaryotes. Science 317:1753–1756.
Scholl EH, Thorne JL, McCarter JP, Bird DMcK (2003) Horizontally transferred genes in plant-parasiticnematodes:Ahigh-throughputgenomicapproach.GenomeBiol4:R39.
Wasmuth J, Schmid R, Hedley A, Blaxter M (2008) On the extent and origins of genic novelty in the Phylum Nematoda. PLoS Negl Trop Dis 2:e258.
Richardson AO, Palmer JD (2007) Horizontal gene transfer in plants. J Exp Bot 58:1–9.
Lampe DJ, Witherspoon DJ, Soto-Adames FN, Robertson HM (2003) Recent horizontal transfer of Mellifera subfamily mariner transposons into insect lineages representing four different orders shows that selection acts only during horizontal transfer. MolBiol Evol 20:554–562.
Roulin A, Piegu B, Wing R A, Panaud O (2008). Evidence of multiple horizontal transfers of the long terminal repeat retrotransposon RIRE1 within the genus Oryza. Plant J 53:950–959.
Trench RK (1975) Of ‘leaves that crawl’: Functional chloroplasts in animal cells. Symposia of the Society for Experimental Biology, ed Jennings DH (Cambridge Univ Press, London), pp 229–265.
Green BJ, et al. (2000) Mollusc-algal chloroplast endosymbiosis: Photosynthesis, thylakoid protein maintenance, and chloroplast gene expression continue for many months in the absence of the algal nucleus. Plant Physiol 124:331–342.
Rumpho M E, Summer E J, Green B J, Fox T C, Manhart J R (2001)Mollusc/algal chloroplast symbiosis: How can isolated chloroplasts continue to function for months in the cytosol of a sea slug in the absence of an algal nucleus? Zoology 104:303–312.
Mujer CV, Andrews DL, Manhart JR, Pierce SK, Rumpho ME (1996) Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica. Proc Natl Acad Sci USA 93:12333–12338.
De Las Rivas J, Barber J (2004) Analysis of the structure of the PsbO protein and its implications. Photosynth Res 81:329–343.
West HH, Harrigan J, Pierce SK (1984) Hybridization of two populations of a marine opistobranch with different development patterns. Veliger 26:199–206.
Lee RE (1989), in Phycology, ed Lee RE (Cambridge Univ Press, New York), pp 507–522.
Oudot-Le Secq MP, et al. (2007) Chloroplast genomes of the diatoms Phaeodactylum tricornutumandThalassiosirapseudonana:Comparisonwithotherplastidgenomesof the red lineage. Mol Genet Gen 277:427–439.
Paquin B, Kathe SD, Nierzwicki-Bauer SA, Shub DA (1997) Origin and evolution of group I introns in cyanobacterial tRNA genes. J Bacteriol 179:6798–6806.
Andersson B, Aro E-M (2001). Photo damage and D1 protein turn over in photosystem II. Regulation of Photosynthesis, eds Andersson B, Aro E-M (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands), pp 377–393.
Swofford DL, et al. (2001) Bias in phylogenetic estimation and its relevance to the choice between parsimony and likelihood methods. Syst Biol 50:525–539.
Chaal BK, Green BR (2005) Protein import pathways in ‘complex’ chloroplasts derived from secondary endosymbiosis involving a red algal ancestor. Plant Mol Biol 57:333– 342.
Pierce SK, Curtis NE, Hanten JJ, Boerner SL, Schwartz JA (2007) Transfer, integration and expression of functional nuclear genes between multicellular species. Symbiosis 43:57–64.
Pierce SK, Maugel TK, Rumpho ME, Hanten JJ, Mondy WL (1999) Annual viral expression in a sea slug population: Life cycle control and symbiotic chloroplast maintenance. Biol Bull 197:1–6.
Lavrov DV (2007) Key transitions in animal evolution: A mitochondrial DNA perspective. Integr Comp Biol 47:734–743.
Rot C, Goldfarb I, Ilan M, Huchon D (2006) Putative cross-kingdom horizontal gene transfer in sponge (Porifera) mitochondria. BMC Evol Biol 6:71.
Beagley CT, Okada NA, Wolstenholme DR (1996) Two mitochondrial group I introns in a metazoan, the sea anemone Metridium senile: One intron contains genes for subunits 1 and 3 of NADH dehydrogenase. Proc Natl Acad Sci USA 93:5619–5623.
van Oppen MJH,etal.(2002)ThemitochondrialgenomeofAcroporatenuis(Cnidaria:Scleractinia) contains a large group I intron and a candidate control region. J Mol Evol 55:1–13.
Mary E. Rumphoa,1, Jared M. Worfula, Jungho Leeb, Krishna Kannana, Mary S. Tylerc, Debashish Bhattacharyad, Ahmed Moustafad, and James R. Manhart. Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. PNAS ? November 18, 2008 ? vol. 105 ? no. 46 ? 17867–17871
W. Greene. Symbiosis in sacoglossan opisthobranchs: functional capacity of symbiotic chloroplasts. Marine Biology October 1970, Volume 7, Issue 2, pp 138-142
Nicholas E. Curtis, Steven E. Massey, and Sidney K. Pierce. The symbiotic chloroplasts in the sacoglossan Elysia clarki are from several algal species. Invertebrate Biology vol. 125, no. 4, fall 2006
Reith M (1995) Molecular biology of rhodophyte and chromophyte plastids. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 46: 549–575
Stern DB, Higgs DC, Yang J (1997) Transcription and translation in chloroplasts. Trends Plant Sci 2: 308–315
Merchant S, Dreyfuss BW (1998) Posttranslational assembly of photosynthetic metalloproteins. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 49: 25–51
Aro E, Virgin I, Andersson B (1993) Photoinhibition of Photosystem II: inactivation, protein damage and turn-over. Biochim Biophys Acta 1143: 113–134
Mujer CV, Andrews DL, Manhart JR, Pierce SK, Rumpho ME (1996) Chloroplast genes are expressed during intra-cellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica. Proc Natl Acad Sci USA 93: 12333–12338
Pierce SK, Biron RW, Rumpho ME (1996) Endosymbiotic chloroplasts in molluscan cells contain proteins synthesized after plastid capture. J Exp Biol 199: 2323–2330
Brian J. Green, Wei-Ye Li, James R. Manhart, Theodore C. Fox, Elizabeth J. Summer, Robert A. Kennedy2, Sidney K. Pierce3, and Mary E. Rumpho. Mollusc-Algal Chloroplast Endosymbiosis. Photosynthesis, Thylakoid Protein Maintenance, and Chloroplast Gene Expression Continue for Many Months in the Absence of the Algal Nucleus. Plant Physiology, September 2000, Vol. 124, pp. 331–342
Nechushtai R, Eden A, Cohen Y, Klein J (1996) Introduction to photosystem I: reaction center function, composition and structure. In DR Ort, CF Yocum, eds, Oxygenic Photosynthesis: The Light Reactions, Vol 4. Kluwer Academic Publishers, Boston, pp 289–311
Satoh K (1996) Introduction to the photosystem II reaction center: isolation and biochemical and biophysical characterization. In DR Ort, CF Yocum, eds, Oxygenic Photosynthesis: The Light Reactions, Vol 4. Kluwer Academic Publishers, Boston, pp 193–211
Whitmarsh J, Pakrasi HB (1996) Form and function of cytochrome b-559. In DR Ort, CF Yocum, eds, Oxygenic Photosynthesis: The Light Reactions, Vol 4. Kluwer Academic Publishers, Boston, pp 249–264
Pierce SK, Maugel TK, Rumpho ME, Hanten JJ, MondyWL (1999) Annual viral expression in a sea slug population: life cycle control and symbiotic chloroplast maintenance. Biol Bull 197: 1–6
Kawaguti S, Yamasu T (1965) Electron microscopy on the symbiosis between an elysioid gastropod and chloroplasts of a green alga. Biol J Okayama Univ 11: 57–65
Graves DA, Gibson MA, Bleakney JS (1979) The digestive diverticula of Alderia modesta and Elysia chlorotica. Veliger 21: 415–422
Rumpho ME, Summer EJ, Manhart JR (2000) Solar-powered sea slugs: mollusc/algal chloroplast symbiosis. Plant Physiol 123: 1–10
White TJ, Bruns T, Lee S, Taylor J (1990) Amplification and direct sequencing of fungal RNA genes for phylogenetics. In M Innis, D Gelfand, J Sninsky, T White, eds, PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications. Academic Press, San Diego, pp 315–322

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