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O que é Arabidopsis thaliana e por que os botânicos gostam tanto dela?


Organismos Modelo: Definição, Características e Exemplos

O termo organismo modelo define um espécies usadas em laboratório estudar processos biológicos com a suposição de que novas descobertas em um sistema simples podem fornecer informações sobre mecanismos semelhantes em outros organismos complexos. Essa expectativa é baseada no princípio evolutivo de que todos os organismos vivos se originaram de um ancestral comum e compartilham características conservadas que tornam a vida possível.

O famoso naturalista Charles Darwin esboçou um imaginário Tree of Life para representar graficamente sua teoria da evolução - todas as espécies existentes derivaram de poucos organismos primordiais e evoluíram ao longo do tempo graças à variação aleatória e à seleção natural. Um século após o lançamento do livro revolucionário “Sobre a origem das espécies por meio da seleção natural" estudos genéticos modernos encontraram evidências de cruzamentos e transferência de genes entre espécies ao longo do tempo e espaço evolutivo, sustentando assim uma teia de vida em vez de uma árvore. Ainda que o conceito de Último ancestral comum universal (LUCA) – uma forma de vida com mecanismos complexos para converter informações codificadas no DNA em RNAs e proteínas (ou seja, transcrição e tradução) – que deu origem à grande diversidade da vida na Terra ainda é válido.

No entanto, diferentes linhagens na Árvore da Vida também diversificaram vários padrões de desenvolvimento e vias metabólicas ao longo de milhões de anos de evolução.

Bons modelos experimentais compartilham as seguintes características:

  • facilidade de manipulação no laboratório (para realizar experimentos de forma eficiente)
  • tamanho pequeno (para crescer mais indivíduos em um espaço reduzido)
  • ciclo de vida curto (para estudar mais gerações em curtos períodos de tempo)
  • altas taxas de fertilidade (para produzir um grande número de descendentes para análises posteriores)

Nas Ciências da Vida, a bactéria Escherichia coli (encontrado naturalmente no trato digestivo humano) e a levedura Saccharomyces cerevisiae (usados ​​na preparação de pão, cerveja e vinho desde os tempos antigos) estão entre os sistemas modelo mais comumente usados ​​para pesquisa, juntamente com as espécies modelo animal Drosophila melanogaster (mosca da fruta), Cavia Porcellus (cobaia) e Mus musculus (rato).

Arabidopsis thaliana: O Modelo Superior para Pesquisa em Biologia Vegetal

Mãos enluvadas manuseiam Arabidopsis em banheiras.
Imagem: canva.

No início de 20th século, os botânicos começaram a usar a planta com flor Arabidopsis thaliana (comumente conhecido como tale agrião ou agrião-orelha) em seus experimentos de laboratório. Sua dimensão reduzida o torna uma ótima ferramenta na pesquisa de plantas: Arabidopsis atinge uma altura média de 20-25 cm na maturidade, permitindo aos cientistas cultivar vários indivíduos em um espaço reduzido (centenas de plantas em câmaras de crescimento e milhares em estufas). Além disso, Arabidopsis é uma planta anual com um ciclo de vida curto: leva apenas 6 semanas desde a germinação até a maturação das sementes em condições indutivas (Dias longos, 20-24 C). Portanto, várias gerações podem ser cultivadas em menos de um ano.

Outra vantagem está em seu modo de reprodução sexuada: as flores se autopolinizam naturalmente e cada fruto (chamado silique) pode conter até 60 sementes. Dado que cada planta abriga várias síliquas, os indivíduos produzem grande número de irmãos – útil para estudar a segregação das características da planta. As sementes são superpequenas (250 -500 μm de diâmetro): embora sejam difíceis de manusear, seu pequeno tamanho facilita o armazenamento de grandes populações, tornando Arabidopsis um ótimo sistema para estudar a variação genética e fenotípica.

Desde os 1980s, Arabidopsis tem sido adotado como um modelo popular em todo o mundo para diferentes campos de pesquisa de plantas (por exemplo, estudos de genética populacional e de desenvolvimento, biologia celular e molecular, genômica evolutiva, etc.) também porque é passível de transformação genética e tornou-se o primeiro genoma vegetal a ser sequenciado (2000). Além disso, enormes coleções de materiais biológicos (mutantes, acessos) e o crescente número de conjuntos de dados OMICS estão disponíveis publicamente para comunidade científica.  

Descobertas Cruciais em Arabidopsis

Muitas plantas de Arabidopsis em banheiras vistas de cima em uma grade de 9 x 8.
Imagem: canva.

Nas últimas décadas, o uso de Arabidopsis aumentou nossa compreensão de importantes processos biológicos e fisiológicos, como interações planta-patógeno, sensor de luz, e os votos de Relógio circadiano. Além disso, Arabidopsis foi fundamental para dissecar os caminhos genéticos subjacentes à formação de órgãos vegetais, como raízes, folhas e flores. Por exemplo, estudos moleculares de plantas mutantes promoveram a conceituação do famoso Modelo ABC de formação de flores isso explica a interação entre os fatores reguladores envolvidos no desenvolvimento das estruturas reprodutivas (4 sépalas, 4 pétalas, 6 estames, 2 carpelos fundidos).

Um membro valioso da família Brassicaceae

A Arabidopsis é uma erva daninha com ampla distribuição geográfica que também cresce ao longo das estradas. Embora não seja uma espécie relevante para a agricultura, pertence à família das mostardas que inclui plantas agronomicamente importantes do Brassica gênero tais como Brassica napus (colza), Brassica Rapa (nabo) e várias culturas de couve (repolho, brócolis, couve-flor, couve-de-bruxelas). Como exemplo de pesquisa aplicada, descobertas em Arabidopsis têm apoiado a compreensão do desenvolvimento da inflorescência em culturas comestíveis mais complexas, como Brócolis Romanesco.


links sugeridos

TAIR – Página inicial (arabidopsis.org)

O modelo ABC de desenvolvimento floral (cell.com)

Formas fractais de couve-flor surgem de perturbações de redes de genes florais | Ciência


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1 Comentários

  • Apresentando nossas novas pílulas botânicas
    anos 2 atrás

    […] por uma folha de dicas com breves anotações e recursos visuais para referência rápida. Começamos com “Arabidopsis thaliana – o rato de laboratório do botânico” [PDF] para apresentar o organismo modelo mais usado na pesquisa de plantas e continuamos com “Plantas […]

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