Na corrida evolutiva, inovar é certamente necessário, mas reciclar genes existentes às vezes é mais eficiente. De fato, organismos muito distantes podem trocar um gene por transferência horizontal (HGT), um processo que transcende as barreiras entre espécies.
Num artigo publicado na
Nature Communications, cientistas revelam a história evolutiva rocambolesca do gene NAS, transferido horizontalmente múltiplas vezes dentro da árvore da vida.
A pequena história de uma grande transição
Há cerca de 500 milhões de anos, uma linhagem de plantas aquáticas empreendeu um dos maiores eventos da evolução: a colonização das terras emersas. Esta transição decisiva foi feita em colaboração com microorganismos, graças:
- às
micorrizas, associações simbióticas que facilitam a absorção de nutrientes,
- e às
transferências horizontais de genes (HGT), através das quais genes de microorganismos foram transmitidos ao ancestral das plantas, trazendo novas funções adaptativas cruciais.
Desta linhagem emergiram dois grandes grupos:
- as
briófitas (musgos, hepáticas, antóceros),
- e as
plantas vasculares (licófitas, samambaias, coníferas, plantas com flores).
Frequentemente descritas como sobreviventes "primitivas" devido à sua morfologia simples, as briófitas eram consideradas pobres em inovações genéticas. Novos dados genômicos contestam essa visão.
O estudo de Dong et al., publicado na
Nature Genetics, disponibilizou um vasto recurso: o sequenciamento de cerca de uma centena de espécies de briófitas, abrangendo grande parte da sua diversidade evolutiva.
Este recurso mostra que as briófitas:
- possuem uma caixa de ferramentas genéticas extremamente abastecida,
- apresentam mais famílias de genes do que as plantas vasculares,
- e testemunham muitas aquisições genéticas ao longo de sua história evolutiva.
Assim, por trás de sua aparente simplicidade esconde-se uma riqueza genômica notável, reveladora de uma dinâmica evolutiva intensa.
A NAS, um gene viajante!
Num artigo publicado na revista
Nature Communications, cientistas se interessaram pelo gene que codifica a enzima NAS. Ela catalisa a síntese da nicotianamina, um tripeptídeo que liga e facilita o transporte de metais como ferro, cobre, zinco ou manganês.
Ausente nos animais, com exceção de um inseto, a nicotianamina é encontrada nas plantas vasculares, onde participa principalmente do transporte de longa distância de metais através dos vasos, assim como, de forma inesperada, no musgo modelo não-vascular
Physcomitrium patens, ou em alguns microorganismos.
Esta distribuição fragmentada levou os cientistas a reconstituir a história do gene NAS dentro da árvore da vida.
O veredito é inapelável: a evolução do gene NAS não corresponde à história evolutiva da vida. Por quê? Porque várias transferências horizontais de genes ocorreram em diferentes períodos, a partir de doadores microbianos distintos.
Um exemplo particularmente marcante: o gene NAS do musgo "ancestral"
Physcomitrium não é o ancestral dos genes NAS das plantas vasculares "modernas", ele é até cerca de 150 milhões de anos mais jovem!
A importância da profundidade de análise para uma nova visão da evolução das plantas terrestres
Graças à profundidade de análise possibilitada pelos novos genomas publicados por seus colaboradores, os cientistas demonstraram que:
- As briófitas adquiriram a NAS de quatro doadores microbianos diferentes.
- Um gene adquirido por HGT pode ser substituído por um segundo HGT várias centenas de milhões de anos depois, um fenômeno nunca antes demonstrado.
- Um gene NAS foi até mesmo transferido de uma planta com semente para um fungo, bem como para um inseto, a mosca-branca.
Estes trabalhos revelam um cenário evolutivo onde:
- as transferências horizontais de genes desempenham um papel muito mais central do que o previsto,
- estas transferências são provavelmente muito mais frequentes do que se estimava até agora,
- e elas podem servir não apenas para introduzir novas funções, mas também para substituir um gene existente.
Resumo das transferências horizontais (HGT) do gene da NAS através da árvore da vida. Do centro para fora: Bactérias/Fungos/Plantas terrestres (Embriófitas)/Metazoários.
Cada seta horizontal indica um HGT independente da NAS. Cada NAS é distinguida por um prefixo indicativo do grupo receptor. Por exemplo, 1 /FunNAS, indica uma transferência de NAS de fungo para o ancestral de um grupo que inclui os musgos Funariales. Durante a evolução dos musgos, uma primeira NAS (FunNAS; 1) foi substituída por outra (HypNAS; 2), por dois HGTs sucessivos. Note-se que Bemisia é, até à data, a única representante dos metazoários a possuir uma NAS. A numeração não é indicativa da ordem cronológica das transferências.
© B. Goffinet CNRS INSB