Um novo artigo publicado hoje (24 de abril) na revista Nature por uma equipe internacional de 279 cientistas liderada pelo Royal Botanic Gardens, Kew apresenta a compreensão mais atualizada da planta com flor, árvore da vida.



Utilizando 1,8 mil milhões de letras de código genético de mais de 9.500 espécies, abrangendo quase 8.000 géneros de plantas com flores conhecidos (cerca de 60%), esta incrível conquista lança uma nova luz sobre a história evolutiva das plantas com flores e a sua ascensão ao domínio ecológico na Terra.

Os autores do estudo acreditam que os dados ajudarão futuras tentativas de identificar novas espécies, refinar a classificação das plantas, descobrir novos compostos medicinais e conservar as plantas face às alterações climáticas e à perda de biodiversidade.

O principal marco para a ciência das plantas, liderado por Kew e envolvendo 138 organizações a nível internacional, foi construído com base em 15 vezes mais dados do que quaisquer estudos comparáveis ​​da planta com flores, árvore da vida. Entre as espécies sequenciadas para este estudo, mais de 800 nunca tiveram seu DNA sequenciado antes.

A enorme quantidade de dados desbloqueados por esta pesquisa, que levaria 18 anos para ser processada por um único computador, é um grande avanço na construção de uma árvore da vida para todas as 330.000 espécies conhecidas de plantas com flores – um empreendimento enorme da Iniciativa Árvore da Vida de Kew.

Alexandre Zuntini, pesquisador da RBG Kew, afirma:"Analisar essa quantidade sem precedentes de dados para decodificar as informações ocultas em milhões de sequências de DNA foi um enorme desafio. Mas também ofereceu a oportunidade única de reavaliar e ampliar nosso conhecimento do plante a árvore da vida, abrindo uma nova janela para explorar a complexidade da evolução das plantas."

Desbloqueando espécimes históricos de herbário para pesquisas de ponta

A planta florida árvore da vida, assim como a nossa própria árvore genealógica, nos permite compreender como as diferentes espécies estão relacionadas entre si. A árvore da vida é descoberta comparando sequências de DNA entre diferentes espécies para identificar mudanças (mutações) que se acumulam ao longo do tempo como um registro fóssil molecular.

Nossa compreensão da árvore da vida está melhorando rapidamente, juntamente com os avanços na tecnologia de sequenciamento de DNA. Para este estudo, novas técnicas genômicas foram desenvolvidas para capturar magneticamente centenas de genes e centenas de milhares de letras de código genético de cada amostra, ordens de magnitude maiores do que os métodos anteriores.

Uma das principais vantagens da abordagem da equipa é que ela permite sequenciar uma grande diversidade de material vegetal, antigo e novo, mesmo quando o ADN está gravemente danificado. Os vastos tesouros de material vegetal seco nas coleções de herbários do mundo, que compreendem quase 400 milhões de espécimes científicos de plantas, podem agora ser estudados geneticamente.

Utilizando estes espécimes, a equipa sequenciou com sucesso um espécime de sandwort (Arenaria globiflora) recolhido há quase 200 anos no Nepal e, apesar da má qualidade do seu ADN, conseguiu colocá-lo na árvore da vida.

A equipe ainda analisou plantas extintas, como a oliveira da Ilha Guadalupe (Hesperelaea palmeri), que não é vista viva desde 1875. Na verdade, 511 das espécies sequenciadas já estão em risco de extinção, segundo a Lista Vermelha da IUCN, incluindo mais três como Hesperelaea que já estão extintas.

O professor William Baker, líder sênior de pesquisa da Árvore da Vida, diz:"De muitas maneiras, essa nova abordagem nos permitiu colaborar com os botânicos do passado, explorando a riqueza de dados armazenados em espécimes históricos de herbário, alguns dos quais foram coletados já no início do século XIX.

"Os nossos ilustres antecessores, como Charles Darwin ou Joseph Hooker, não poderiam ter previsto a importância que estes espécimes seriam hoje na investigação genómica. O ADN nem sequer foi descoberto durante a sua vida!

"Nosso trabalho mostra quão importantes são esses incríveis museus botânicos para estudos inovadores da vida na Terra. Quem sabe que outras oportunidades científicas não descobertas estão dentro deles?"

De todas as 9.506 espécies sequenciadas, mais de 3.400 vieram de material proveniente de 163 herbários em 48 países. Material adicional de coleções de plantas em todo o mundo (por exemplo, bancos de DNA, sementes, coleções vivas) tem sido vital para preencher lacunas importantes de conhecimento e lançar nova luz sobre a história da evolução das plantas com flores. A equipa também beneficiou de dados disponíveis publicamente para mais de 1.900 espécies, destacando o valor da abordagem da ciência aberta para futuras pesquisas genómicas.

Iluminando o abominável mistério de Darwin

Só as plantas com flores representam cerca de 90% de toda a vida vegetal conhecida em terra e são encontradas praticamente em todo o planeta – desde os trópicos mais húmidos até aos afloramentos rochosos da Península Antártica. E, no entanto, a nossa compreensão de como estas plantas passaram a dominar a cena logo após a sua origem tem confundido os cientistas durante gerações, incluindo Charles Darwin.

As plantas com flores surgiram há mais de 140 milhões de anos, após o que rapidamente ultrapassaram outras plantas vasculares, incluindo os seus parentes vivos mais próximos – as gimnospermas (plantas sem flores que têm sementes nuas, como cicadáceas, coníferas e ginkgo).

Darwin ficou perplexo com o aparecimento aparentemente repentino de tal diversidade no registo fóssil. Em uma carta de 1879 a Joseph Dalton Hooker, seu confidente próximo e diretor da RBG Kew, ele escreveu:"O rápido desenvolvimento, até onde podemos julgar, de todas as plantas superiores nos tempos geológicos recentes é um mistério abominável."

Utilizando 200 fósseis, os autores escalaram a sua árvore da vida ao longo do tempo, revelando como as plantas com flores evoluíram ao longo do tempo geológico. Eles descobriram que as plantas com flores precoces realmente explodiram em diversidade, dando origem a mais de 80% das principais linhagens que existem hoje, logo após a sua origem.

No entanto, esta tendência diminuiu depois para um ritmo mais constante durante os 100 milhões de anos seguintes, até que houve outro aumento na diversificação há cerca de 40 milhões de anos, coincidindo com um declínio global das temperaturas. Estas novas ideias teriam fascinado Darwin e certamente ajudarão os cientistas de hoje a lidar com os desafios de compreender como e porquê as espécies se diversificam.

Uma colaboração verdadeiramente global

Montar uma árvore da vida tão extensa teria sido impossível sem a colaboração dos cientistas de Kew com muitos parceiros em todo o mundo. No total, 279 autores estiveram envolvidos na pesquisa, representando diversas nacionalidades de 138 organizações em 27 países. Eles incluem o consórcio Genomics for Australian Plants (GAP), que foi um dos primeiros a adotar as técnicas da equipe e que trabalhou em estreita colaboração com Kew para maximizar o número de espécies de plantas australianas na árvore.

Colaboradores internacionais também partilharam a sua experiência botânica única, bem como muitas amostras preciosas de plantas de todo o mundo que não poderiam ser obtidas sem a sua ajuda. A natureza abrangente da árvore é, em grande parte, resultado desta parceria maravilhosa.

Mabel Lum, gerente de programa da Bioplatforms Australia e do consórcio GAP, afirma:"Estamos orgulhosos de ser um importante parceiro e colaborador no esforço da RBG Kew para construir uma infraestrutura de pesquisa global para avançar nossa compreensão da árvore da vida das plantas com flores. Isto A colaboração frutífera ressaltou o nosso compromisso em promover a inovação e a colaboração na investigação científica, fornecendo um trampolim para futuras descobertas que ajudarão a moldar a nossa compreensão do mundo natural para as gerações vindouras."

Fazer bom uso da planta árvore da vida

A planta com flores, árvore da vida, tem um enorme potencial na pesquisa da biodiversidade. Isto porque, tal como se podem prever as propriedades de um elemento com base na sua posição na tabela periódica, a localização de uma espécie na árvore da vida permite-nos prever as suas propriedades. Os novos dados serão, portanto, inestimáveis ​​para melhorar muitas áreas da ciência e muito mais.

Para permitir isso, a árvore e todos os dados que a sustentam foram disponibilizados de forma aberta e gratuita ao público e à comunidade científica, inclusive por meio do Kew Tree of Life Explorer. Os autores do estudo acreditam que esse acesso aberto é fundamental para democratizar o acesso aos dados científicos em todo o mundo.

O acesso aberto também ajudará os cientistas a fazer o melhor uso dos dados, combinando-os com inteligência artificial para prever quais espécies de plantas podem incluir moléculas com potencial medicinal. Da mesma forma, a árvore da vida pode ser usada para melhor compreender e prever como as pragas e doenças afetarão as plantas do Reino Unido no futuro. Em última análise, observam os autores, as aplicações destes dados serão impulsionadas pela engenhosidade dos cientistas que os acessam.

Melanie-Jayne Howes, líder sênior de pesquisa da RBG Kew, que não foi autora do estudo, mas fará uso dos dados em sua pesquisa, diz:"Os produtos químicos vegetais inspiraram muitos medicamentos farmacêuticos, mas ainda têm um grande potencial inexplorado para ajudar na descoberta de medicamentos futuros O desafio é saber quais investigar cientificamente na busca de novos medicamentos entre as cerca de 330.000 espécies de plantas com flores.

"Em Kew, estamos a aplicar IA para prever quais as espécies de plantas que contêm produtos químicos com potencial farmacêutico para a malária. A disponibilidade deste vasto novo conjunto de dados oferece oportunidades interessantes para melhorar estas previsões e, assim, acelerar a descoberta de medicamentos a partir de plantas para a malária e outras doenças também."

Espécies notáveis ​​na planta com flores da árvore da vida

• Extinta devido às cabras selvagens:Hesperelaea palmeri, também conhecida como azeitona da Ilha de Guadalupe (olivo de la Isla de Guadalupe). Sequenciado a partir de um espécime de herbário em Kew coletado na Ilha Guadalupe, na Baixa Califórnia, México, em 1875, pelo médico Edward Palmer. Árvore pertencente à família das oliveiras (Oleaceae), está extinta devido ao pastoreio excessivo de cabras não nativas.

• Espécime mais antigo sequenciado:Arenaria globiflora, também conhecida como sandwort do Nepal. Sequenciado de um espécime de herbário em Kew coletado em 1829 por Nathaniel Wallich. Este espécime notável vem de uma planta montanhosa do Himalaia que cresce a mais de 3.600 m.

• Mistério da família de plantas parasitas resolvido:Pilostyles aethiopica, membro da família dos sugadores de caule (Apodanthaceae). Sequenciado a partir de tecido vegetal coletado no Zimbábue em 2012 por Sidonie Bellot de Kew. Este estranho parasita vive dentro dos ramos de outras plantas e só é visível quando floresce. Anteriormente considerado intimamente relacionado com abóboras e begônias (Cucurbitales), um estudo descobriu que ele pertence ao grupo Malpighiales.

• Bizarra árvore tropical reclassificada:Medusanthera laxiflora, membro da família das faias amarelas (Stemonuraceae). Sequenciado a partir de um espécime de herbário em Kew coletado na Nova Guiné Indonésia em 1993. Esta pequena árvore tropical com frutos bizarros em forma de alfinete foi anteriormente classificada ao lado da família do azevinho. A nova árvore da vida reclassificou seu gênero e família em uma ordem totalmente nova.

• Bambu da expedição de Hooker ao Himalaia na década de 1850:Cephalostachyum capitatum, membro da família das gramíneas (Poaceae). Sequenciado a partir de um espécime de herbário coletado na Índia em 1850 por Joseph Hooker, segundo diretor do RBG Kew, e seu amigo Thomas Thomson.

• Planta medicinal sequenciada pela primeira vez:Alstonia spectabilis, também conhecida como Kroti metan pelo povo Tetun. Sequenciado a partir de um espécime de herbário em Kew, coletado em Papua Nova Guiné em 1954. Esta enorme árvore de 20 m de altura é encontrada nas florestas tropicais do sudeste da Ásia e da Austrália. Apesar de ser medicinalmente importante para o povo Tetun de Timor Ocidental no tratamento da malária, bem como de ser uma valiosa fonte de madeira, o seu ADN nunca foi sequenciado antes.

Mais informações: Zuntini, AR, Carruthers, T. et al, Filogenômica e a ascensão das angiospermas, Natureza (2024). www.nature.com/articles/s41586-024-07324-0
Informações do diário: Natureza

Fornecido pelo Royal Botanic Gardens, Kew