A próxima vez que você morder aquele perfeito, melancia doce e suculenta, você pode querer perceber que é um produto de milhões de anos de evolução em formação.

Na verdade, os sabores únicos e os atributos especiais da família de plantas que inclui as abóboras, cabaças e melancias, pode se dever a um evento antigo.

Os deliciosos frutos desta família, conhecidas como plantas Cucurbitaceae, são de natureza biológica considerável, econômico, e importância agrícola, com quase 1, 000 espécies e a quarta safra comercial mais lucrativa.

Recentemente, os cientistas fizeram grandes avanços na compreensão dos genomas sequenciados do pepino, Melancia, e melões.

Com esses projetos concluídos, uma equipe de pesquisa liderada por Xiyin Wang, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia do Norte da China, realizou a primeira grande exploração genômica comparativa de suas estruturas e evolução do genoma.

Após reconstruir árvores evolutivas e extensas comparações de genes comuns entre plantas Cucurbitaceae, inesperadamente, a equipe de pesquisa encontrou a primeira evidência de um antigo evento de duplicação do genoma inteiro. Esta duplicação de cromossomos comuns em cucurbitáceas (tetraploidização) ocorreu após um evento de triplicação (hexaploidia) de uma planta com flor (eudicote), cerca de 107-118 milhões de anos atrás (Mya), que afetou todas as plantas Cucurbitaceae e eudicote.

"Esses eventos repetidos de duplicação do genoma são propostos para responder pela rápida divergência e sucesso de sementes e plantas com flores neste planeta, "disse Wang, o autor correspondente do estudo. "Esse pode ser um fator chave para explicar por que as plantas abrigam genomas muito mais complexos do que os dos animais. Na verdade, isso pode ser resultado da seleção natural de que as plantas precisam suportar fatores ambientais severos em um nicho sem nenhum abrigo. Portanto, para ser adaptado a um ambiente em mudança, eles precisam desenvolver inovações funcionais relativamente rápidas em seus genomas. "

"Poliploidizações como as que mostramos em nosso estudo costumam produzir milhares de genes duplicados, e numerosos rearranjos cromossômicos, até mesmo repadronização de todo o genoma, e subsequentes mutações de DNA, que todos fornecem enormes oportunidades genômicas para inovações funcionais suficientes. Isso até responde ao 'abominável mistério' de Charles Darwin - a origem e a rápida divergência das plantas com flores em apenas alguns milhões de anos. "

Além disso, usando uvas como um grupo atípico para seu estudo comparativo (que divergiu anteriormente), eles também estimaram os principais tempos de divergência evolutiva. Eles estimam que as plantas da cucúrbita se separaram da uva ~ 121-145 Mya, melancia separada de pepino e melão ~ 25-29 Mya, e melão e pepino dividido ~ 14-16 Mya.

A identificação do evento de duplicação de cromossomos serviu para estabelecer a base para a expansão de famílias de genes funcionais chave que dão a cada uma suas características únicas, particularmente para novas funções genéticas, a regulação do metabolismo, amargura, e resistência a doenças. Na análise comparativa de genomas sequenciados, pepinos foram encontrados para ter a maioria dos genes de resistência (804), que variou de 37-666 cópias em diferentes famílias. Esses eventos genômicos incluem mecanismos como perda de genes, rearranjos cromossômicos, e divergência funcional nesta importante família botânica.

Eles também foram capazes de medir a taxa de evolução entre diferentes plantas de cucúrbita e descobriram que os melões evoluem mais lentamente, com melancia e pepino mais rápido em 23,6% e 27,4%, respectivamente.

A análise deles estabeleceu um padrão ouro, que contribuirá para decifrar genomas complexos recentemente sequenciados, especialmente, de plantas.

A pesquisa da equipe também servirá para apoiar estudos futuros na comunidade de pesquisa de Cucurbitaceae, por exemplo., resistência a doenças e pragas no cultivo agrícola, e além.