GENOMA DE “FÓSSIL VIVO” É REVELADO.

A seqüência do genoma de ginkgo fornece um recurso genético do passado.

A folha em forma de leque emblemática da árvore de ginkgo preservada como um fóssil de 49 milhões de anos com folha de outono moderna sobreposição. Atribuição da imagem: O fóssil é da formação da montanha de Klondike, república, condado da balsa, Washington, EUA, Eocene, Ypresian. Coleção do Centro Interpretativo Stonerose (https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AGinkgo_biloba_leaf_01.jpg) A foto moderna da folha é por Ninjatacoshell https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAutumn_Ginkgo_Leaf.jpg CC BY-SA via Wikimedia Commons

A folha em forma de leque emblemática da árvore de ginkgo preservada como um fóssil de 49 milhões de anos com folha de outono moderna sobreposição.
Atribuição da imagem: O fóssil é da formação da montanha de Klondike, república, condado da balsa, Washington, EUA, Eocene, Ypresian. Coleção do Centro Interpretativo Stonerose (aqui)
A foto moderna da folha foi feita por Ninjatacoshell. Via Wikimedia Commons

Publicado na revista de acesso livre GigaScience, um artigo apresenta a seqüência do genoma de Ginkgo biloba, a espécie de árvore mais antiga existente. A pesquisa foi realizada por uma equipe de cientistas da BGI, Universidade Zheijiang e da Academia Chinesa de Ciências, que abordou e analisou um genoma excepcionalmente grande, totalizando mais de 10 bilhões de “letras” do DNA. Ginkgo é considerado um “fóssil vivo”, o que significa que a sua forma e estrutura mudaram muito “pouco” nos 270 milhões de anos desde a sua primeira existência. Dado sua longevidade como uma espécie e posição original na árvore evolucionária da vida, o genoma do ginkgo fornecerá um recurso extensivo para estudos a respeito das defesas da planta no encontro com insetos e aos patógenos, e a pesquisa ainda investiga eventos evolutivos iniciais na árvore e na evolução global.

Para estudar a extraordinária biologia do ginkgo em nível genético e molecular, o sequenciamento de seu genoma estava no alto da lista de desejos de biólogos que estudam plantas. No entanto, devido ao seu tamanho, bem como a presença de um número enorme de repetição de sequências, a montagem de toda a sequência do genoma seria uma tarefa difícil. O genoma do ginkgo estende-se sobre mais de 10 Gb, que é 80 vezes maior do que o modelo de genoma da planta Arabidopsis thaliana. O genoma da planta também é maior do que de outras espécies de plantas conhecidas por genomas extremamente grandes, como milho ou orquídeas. O grande interesse na história e biologia da gingko, no entanto, fez o trabalho de seqüenciamento e montagem do genoma um desafio que os pesquisadores da China sentiram vontade de fazer, e eles conseguiram realizar.

Wenbin Chen da BGI explica algumas das dificuldades que eles tiveram que superar: “Uma enorme quantidade de dados brutos (~2 TB) foi gerada, e a capacidade de computação para a montagem do genoma foi desafiada tanto pela enorme quantidade de dados quanto pela notável alta proporção de sequências repetitivas, de modo que uma quantidade incrível de memória era necessária”. “O grande genoma do ginkgo pode ter resultado da duplicação completa do genoma e da inserção de uma proporção notavelmente alta de sequências repetitivas, pelo menos 76,58%, e os íntrons mais longos dentre todas as espécies sequenciadas devido a inserções de elementos transponíveis”.

Responder ao desafio do seqüenciamento valia a pena por uma variedade de razões. Certamente se relaciona com o seu status de “fóssil vivo”, no título compartilhado por poucas outras espécies, incluindo o caranguejo em ferradura e o nautilus. Como o único representante sobrevivente de um grupo altamente incomum de plantas não-florescentes que apareceu há pelo menos 270 milhões de anos atrás, o ginkgo manteve traços ao longo de milhões de anos, como as folhas emblemáticas em forma de leque, que não são vistas em qualquer outra espécie sobrevivente de plantas. Possui ainda uma posição muito única na árvore evolutiva da planta.

O professor Yunpeng Zhao, um dos autores da Universidade de Zhejiang, explica como esse posicionamento evolutivo é de grande interesse para os pesquisadores: “O Ginkgo representa um dos cinco grupos vivos de plantas de semente e não tem parentes vivos. Tal genoma preenche um grande problema filogenético E fornece recursos genéticos chave para abordar questões evolutivas como as relações filogenéticas das linhagens de gimnospermas, a evolução do genoma e genes em plantas terrestres, a inovação de traços de desenvolvimento, a evolução do sexo, bem como a história da demografia e distribuição, a resistência e a conservação da ginkgo”.

Os pesquisadores também estão fascinados pela resiliência do ginkgo em condições adversas – vale a pena notar que as árvores de ginkgo foram um dos poucos seres vivos que sobreviveram à explosão do bombardeio atômico de Hiroshima. Esta resistência provavelmente ajudou o ginkgo a sobreviver a períodos de glaciação na China que mataram muitas outras espécies, e também a pode promover a longevidade de árvores individuais, algumas vivendo até vários milhares de anos, segundo relatos. O ginkgo também é capaz de se defender contra uma ampla gama de atacantes, empregando um arsenal de armas químicas contra insetos, bactérias e fungos.

Para entender melhor os sistemas defensivos do ginkgo, os autores analisaram o repertório de genes presentes no genoma que são conhecidos por desempenhar um papel na defesa dos atacantes. Uma análise inicial dos mais de 40 mil genes preditos da planta mostrou a extensa expansão de famílias de genes que fornecem uma variedade de mecanismos defensivos. Os genes que permitem a resistência contra patógenos são muitas vezes duplicados. Além disso, ginkgo tem um duplo knock-out na sua luta contra insetos, sintetizando produtos químicos que combatem diretamente insetos e liberando compostos orgânicos voláteis que especificamente atrair comedores dos inimigos de planta. Esses achados indicaram que ter múltiplos mecanismos – a expansão de famílias de genes, doses mais altas de genes específicos e versatilidade em seus genes de defesa – pode estar ligado à extraordinária resiliência do ginkgo. Esta informação pode então ser útil para ajudar na compreensão do sistema de defesa de plantas com um olho para melhorar a segurança alimentar.

Em consonância com os objetivos da revista de tornar os dados subjacentes às análises usadas na pesquisa publicada totalmente e livremente disponíveis, todos os dados deste projeto estão disponíveis sob uma dispensa CC0 na base de dados GigaScience, GigaDB, em um formato citado (http://dx .doi.org/10.5524/100209) e, como padrão, os dados da sequência estão disponíveis no repositório público NCBI sob o número de acesso PRJNA307642.

Fonte: Earth Archives

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