Os pesquisadores da Universidade de Cornell analisaram o genoma de uma alga unicelular que pertence à linhagem mais próxima das plantas terrestres.
Ela fornece pistas sobre como as plantas aquáticas colonizaram as terras pela primeira vez.
O relatório, chamado "The Penium margaritaceum Genome: Características das Origens das Plantas Terrestres", foi publicado nessa semana na revista Cell.
O Penium margaritaceum pertence a um específico grupo de algas de água doce chamado de charophytes e, a um subgrupo chamado Zygnematophyceae, que tinha um ancestral comum com as primeiras plantas terrestres há cerca de 600 milhões de anos atrás.
Para passar da água para a terra - uma transição que ainda intriga os cientistas - as plantas tiveram que se proteger da secagem e da radiação ultravioleta (UV) e tiveram que desenvolver estruturas para se sustentar sem a flutuabilidade fornecida pela água.
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| O Penitium margaritaceum. (Foto: Universidade de Cornell) |
Pesquisadores descobriram as pegadas de todas essas adaptações no genoma do Penium, fornecendo informações sobre os mecanismos e a genética que as primeiras plantas terrestres exigiam.
"Não sabíamos quase nada sobre o genoma dos ancestrais imediatos das plantas terrestres", disse a autora sênior Jocelyn Rose, professora de biologia vegetal na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida.
"Agora temos informações empolgantes sobre o último ancestral comum de algas e plantas terrestres", disse Rose, "e isso permite que os biólogos das plantas deduzam as origens dos caminhos moleculares das plantas terrestres, sistemas de desenvolvimento e processos biológicos, e os colocam no contexto" colonização da terra de maneiras que antes não eram possíveis ".
Embora algumas algas do grupo dos charófitos sejam ramificadas e pareçam plantas terrestres primitivas, dados moleculares revelam que o ancestral comum tinha uma forma mais simples de filamento.
"Estamos muito interessados em saber por que o plano corporal simples pode ter sido evolutivamente vantajoso". "O penium vive nas margens da água doce e da terra, em habitats que o expõem a períodos de secagem e reidratação, e isso provavelmente foi um fator-chave", disse ela.
O genoma do Penium contém uma grande quantidade de DNA repetitivo e "lixo" (sem codificação), o que criou desafios para os pesquisadores. Eles acabaram extraindo um conjunto limpo de DNA de núcleos purificados e integrando muitos tipos de técnicas de seqüenciamento de DNA e programas de montagem para cobrir todo o genoma.
Eles também conduziram o sequenciamento de transcriptoma de ponta (RNA) para complementar o sequenciamento do genoma e entender quais genes foram ativados e desativados por diferentes tensões.
"Descobrimos que o genoma é enorme", disse Zhangjun Fei, que é professor de bioinformática do Instituto Boyce Thompson e professor associado adjunto da Seção de Patologia Vegetal e Biologia de Micróbios Vegetais. Fei é um dos autores principais do estudo e lidou com o trabalho computacional e sequencial.
O genoma dessa pequena alga unicelular é ainda muito maior que o genoma do milho notoriamente grande.
"Anteriormente, pensava-se que esses compostos só existiam em plantas terrestres", disse Rose.
Os pesquisadores também identificaram genes envolvidos em sistemas reguladores e sinalização hormonal que anteriormente só foram encontrados em plantas terrestres, bem como mecanismos que impedem a secagem das plantas, incluindo a produção de mucilagem.
Eles também encontraram um grande número de genes que contribuem para a biossíntese e reorganização da parede celular, necessários para o suporte estrutural.
"Novamente, é uma célula única, mas possui famílias enormes de proteínas modificadoras da parede celular", disse Rose. "Isso sugere um controle altamente complexo da estrutura da parede, dinâmica e propriedades biomecânicas que podem ser tão elaboradas quanto em terrenos multicelulares".
O estudo foi financiado pela National Science Foundation, pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, pelo projeto da União Europeia PlantaSyst e pelo Cornell Atkinson Center for Sustainability.
O senhor David Domozych, professor de biologia no Skidmore College, é um dos autores principais.
Os pesquisadores acreditam que o genoma do Penium abrirá investigações em muitas áreas da biologia vegetal, incluindo possíveis aplicações para as culturas modernas. A equipe planeja investigar os genomas de outras espécies de charófitos.