Como a duplicação de genes levou à evolução dos esporões de néctar

As flores das Tropaeolaceae possuem uma característica peculiar – um esporão de néctar formado pela base inchada do tubo floral, que cresce em apenas um lado da flor. Nova pesquisa publicada no Annals of Botany por Sebastián Martínez-Salazar e colegas revelaram que a duplicação do gene TCP4 na linhagem Tropaeolaceae parece ter permitiu o surgimento de seus esporões de néctar únicos.

A família de plantas com flores Tropaeolaceae, nativa da América do Sul e Central, distingue-se por suas flores coloridas em forma de trombeta. Mas o que torna estas flores verdadeiramente únicas é o seu esporão de néctar, uma projeção longa e delgada que serve como fonte de alimento para os polinizadores. Este estímulo de néctar se forma através da expansão tardia e expansão da região fundida da base do tubo perianal (tecidos que circundam os órgãos reprodutivos). Exclusivamente, o esporão se forma no lado do tubo voltado para a haste da inflorescência, conhecido como lado adaxial. No entanto, os mecanismos genéticos por trás da evolução deste estímulo ainda são desconhecidos. 

A equipe de pesquisa investigou o desenvolvimento dessas esporas rastreando quais genes são ativados e desativados durante a formação da flor. Especificamente, eles se concentraram em genes conhecidos por controlar diferenças entre os lados adaxial e abaxial das plantas, incluindo TCP e KNOX fatores de transcrição que regulam o crescimento. Eles também rastrearam a expressão do HISTONA H4 gene, um marcador para atividade de divisão celular. 

Curiosamente, eles descobriram um TCP4 homólogo que atuou simultaneamente com a iniciação e alongamento do estímulo. Ainda mais curioso é que as Tropaeolaceae pareciam ter experimentado uma duplicação da sua TCP4 gene no início de sua história evolutiva, deixando-os com duas cópias quase idênticas chamadas TCP4L1 e TCP4L2.  

Comparando a atividade dessas cópias nas espécies modelo Tropaeolum longifolium, os pesquisadores descobriram que ambos são ativos nos tecidos superficiais das inflorescências em desenvolvimento e dos botões florais jovens. No entanto, apenas TCP4L2 apresentou expressão restrita à face adaxial do tubo floral, coincidindo com os primeiros sinais de crescimento do esporão.  

Mais tarde, apenas TCP4L2 foi encontrado dentro do tecido do esporão produtor de néctar. Parece que TCP4L genes originalmente funcionavam amplamente no desenvolvimento epidérmico com base em sua expressão precoce. Porém, após a duplicação, uma das cópias (TCP4L2) assumiu o papel de estímulo à iniciação e promoção. No seu artigo, Martínez-Salazar e colegas afirmam: “Estes resultados sugerem que a cópia do gene Tropaeolaceae TCP4L2 pode ter adquirido um papel na iniciação do estímulo e no desenvolvimento do nectário após a duplicação do gene, concordante com um evento de neofuncionalização”. 

Expandindo este trabalho para seu grupo de plantas irmãs Akaniaceae, que também duplicou TCP4L de forma independente, mas sem esporas, ajudará a desvendar como essa estranha característica evoluiu. Descobrir os mecanismos genéticos que transformam tubos florais simples em esporas contendo néctar poderia fornecer informações sobre a origem da novidade floral. 

LEIA O ARTIGO 

Martínez-Salazar S., Kramer EM, González F. e Pabón-Mora N. (2023) “Spatio-temporal expression of candidate genes for nectar spur development in Tropaeolum (Tropaeolaceae: Brassicales)" Annals of Botany. Disponível em: https://doi.org/10.1093/aob/mcad164

Cobrir Tropaeolum tuberosum. Imagem: Teresa Grau Ros/Wikimedia Commons