Espécies de plantas carnívoras de bétula, butterwort e sundew abrigam alguns dos menores genomas encontrados em plantas com flores. Os pesquisadores há muito se perguntam quais fatores genéticos ou ambientais contribuem para esses genomas de plantas em miniatura e agora, uma equipe de cientistas descobriu que uma única mutação se correlaciona e impulsiona a redução do tamanho dos genomas em algumas espécies carnívoras da família Lentibulariaceae. Os resultados foram publicados recentemente em Annals of Botany.
As mitocôndrias são as organelas produtoras de energia dentro das células. Os pesquisadores se concentraram em uma mutação em um gene chamado citocromo c oxidase (COX), que codifica uma enzima crítica para as mitocôndrias gerarem energia por meio da respiração celular. Eles levantaram a hipótese de que a mutação COX aumenta a eficiência mitocondrial, fornecendo uma vantagem para plantas carnívoras que dependem de armadilhas de sucção para capturar presas. No entanto, a mutação pode ter um custo ao aumentar a produção de moléculas prejudiciais chamadas espécies reativas de oxigênio (ROS) como um subproduto da respiração.
Para testar essa ideia, a equipe da Universidade Masaryk compilou dados de tamanho do genoma e medições cromossômicas de mais de 100 espécies nos três gêneros que compõem a família carnívora Lentibulariaceae: Genlisea, Pinguicula e Utricularia. Eles também isolaram e analisaram a sequência do gene COX de cada espécie para identificar se elas carregavam a versão ancestral ou mutada. Usando análises estatísticas, os pesquisadores avaliaram se os padrões nos dados apoiavam a mutação COX conduzindo genomas de plantas menores ao longo do tempo evolutivo.
Suas descobertas fornecem evidências convincentes de que a mutação COX contribui para a redução do tamanho do genoma nessas plantas carnívoras. Espécies com o gene COX mutado consistentemente tinham genomas e cromossomos menores em comparação com aquelas que retinham a sequência ancestral. A modelagem filogenética também revelou que os genomas de portadores da mutação COX tendiam a se tornar progressivamente menores como uma resposta evolutiva.
Os pesquisadores acreditam que os níveis aumentados de ROS resultantes da mutação COX sobrecarregam as habilidades de reparo de DNA das plantas, levando a maiores taxas de deleções genômicas ao longo das gerações. À medida que regiões não essenciais são gradualmente removidas, os genomas das plantas diminuem de tamanho. Embora o aumento da função mitocondrial beneficie as armadilhas carnívoras, esse ajuste genético tem o custo de desestabilizar o genoma.
Nossas descobertas indicam que todo o gênero Utricularia e as seções Recurvatae e Genlisea do gênero Genlisea abrigam mutações CC ou CS no gene COX… A observação de que essas linhagens de Lentibulariaceae tendem a evoluir tamanhos de genoma menores em comparação com aquelas com o estado ancestral LS (gênero Pinguicula, Genlisea seção Tayloria) alinha-se com a hipótese de que mudanças na sequência da COX elevam a produção de ROS, aumentando os danos ao DNA e promovendo o reparo do DNA com viés de exclusão, culminando na contração do genoma.
Ao revelar como uma única mutação mitocondrial impacta a evolução do genoma, este estudo lança luz sobre as complexas compensações genéticas e ambientais que moldam as espécies. Ele ilustra como até mesmo mudanças sutis nos processos celulares podem resultar em cascata para alterar todo o projeto do genoma de um organismo ao longo de escalas de tempo evolutivas. O trabalho também destaca plantas carnívoras como modelos genéticos intrigantes e ressalta mutações mitocondriais como um fator subestimado de mudança do genoma. A exploração contínua deste sistema único pode revelar mais descobertas inesperadas.
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Zedek F., Šmerda J., Halasová A., Adamec L., Veleba A., Plačková K. e Bureš P. (2024) “Os genomas menores das angiospermas podem ser o preço a pagar por armadilhas eficazes contra as utricularias." Annals of Botany. Disponível em: https://doi.org/10.1093/aob/mcae107
