A adaptação do mecanismo fotossintético em plantas aéreas ocorre através da duplicação de genes, segundo estudo

Tillandsia fasciculata é uma das espécies de estudo deste trabalho. Realiza uma forma alternativa de fotossíntese chamada CAM, que lhe permite sobreviver como epífita em condições de limitação de água. Crédito:Ovidiu Paun

Pesquisadores da Universidade de Viena, juntamente com colaboradores da França, Alemanha, Suíça e EUA, alcançaram um avanço na compreensão de como os fatores genéticos influenciam a evolução de um mecanismo específico de fotossíntese em Tillandsia (plantas aéreas). Isto esclarece as ações complexas que causam a adaptação das plantas e a diversidade ecológica. Os resultados do estudo foram publicados em Plant Cell.

Algumas espécies de plantas desenvolveram uma característica de economia de água chamada Metabolismo Ácido Crassuláceo (CAM). As plantas CAM, como a maioria das espécies de Tillandsia - o gênero mais rico em espécies da família do abacaxi (Bromeliaceae) - otimizam a eficiência do uso da água:enquanto outras plantas normalmente abrem seus estômatos (pequenos poros nas folhas) durante o dia para absorver dióxido de carbono para a fotossíntese , as plantas CAM fazem isso à noite e armazenam CO₂ afastados para uso posterior, ajudando-os a sobreviver com menos água.

Esta característica evoluiu de forma independente várias vezes em todo o reino vegetal. No entanto, a evolução da complexa base genética da CAM permaneceu indefinida, tornando-a um foco de investigação em biologia evolutiva.

A regulação genética é fundamental

Neste estudo, a equipa de investigação concentrou-se num par de espécies de Tillandsia exibindo formas divergentes de fotossíntese – CAM vs. C3 – o que significa que a espécie C3 carece de adaptação especializada a condições áridas. Usando técnicas avançadas para estudar a genética e a bioquímica das plantas - por exemplo, análises de arranjos genéticos, evolução molecular e familiar de genes, expressão genética diferencial temporal e metabólitos - eles descobriram que as mudanças na regulação genética são principalmente responsáveis pelos mecanismos genômicos que impulsionam a evolução CAM em Tillandsia.

Clara Groot Crego, Departamento de Botânica e Pesquisa em Biodiversidade da Universidade de Viena e principal autora do estudo, explica:“Nossas descobertas revelam que, embora mudanças em grande escala tenham influenciado os genomas de Tillandsia como outras plantas, o ajuste de como a fotossíntese funciona ocorre principalmente através de como os genes são regulados - e não alterando as sequências que codificam as proteínas."

Os principais insights do estudo incluem a identificação de famílias de genes relacionados ao CAM em expansão acelerada nas espécies CAM. Isto destaca o papel crítico da evolução da família genética na geração de novas variações que impulsionam a evolução CAM.

Tillandsia leiboldiana cultivada na coleção de bromélias do Jardim Botânico da Universidade de Viena. Está intimamente relacionado ao T. fasciculata que realiza CAM, mas em condições padrão não realiza CAM por si só. Em vez disso, coleta água em uma estrutura semelhante a um tanque que forma com suas folhas. Crédito:Michael Barfuss

Em novos nichos por meio de evolução repetida

“O CAM evoluiu repetidamente em diferentes espécies de Tillandsia e acelerou a sua capacidade de colonizar novos nichos ecológicos, servindo como um factor-chave da especiação desenfreada observada neste grupo”, diz Ovidiu Paun, Departamento de Botânica e Investigação da Biodiversidade da Universidade de Viena e principal investigador do estudo.

“Nossa pesquisa destaca a importância potencial da inovação genética, além de meras mudanças de pares de bases, na promoção da diversificação ecológica”, acrescenta Paun.

Thibault Leroy, investigador principal do INRAE Toulouse, França, enfatiza que este estudo tem implicações que vão além da ciência básica. “Compreender como a CAM evoluiu pode ajudar a desenvolver estratégias para tornar as culturas mais resilientes à escassez de água e lidar com as alterações climáticas”.

A investigação será alargada a mais espécies deste e de outros grupos de plantas no âmbito de um novo projeto colaborativo.

Mais informações: Clara Groot Crego et al, a evolução CAM está associada à expansão da família de genes em uma radiação explosiva de bromélia, The Plant Cell (2024). DOI:10.1093/plcell/koae130
Informações do diário: Célula Vegetal

Fornecido pela Universidade de Viena

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