Periodicamente, as plantas podem passar por uma Duplicação do Genoma Inteiro (WGD). É quando todo o genoma é copiado. Nos humanos, temos um par de cromossomos em nosso genoma, tornando-nos diploide. Uma planta diplóide que sofre uma duplicação de todo o genoma torna-se tetraploide porque tem quatro cromossomos. Outras plantas podem ser feitiçoaploide ou ainda, no caso de alguns morangos, outubroploide. Qualquer coisa acima de um par de cromossomos é considerada poliplóide. Quando esses eventos de duplicação ocorrem, coisas estranhas podem acontecer em uma fábrica e, de repente, ela pode se tornar muito mais adequada a um nicho. Mas qual é a relação entre eventos WGD e evolução?

Xiao-Chen Huang e seus colegas estão analisando eventos de mesopoliploidização em Brassicaceae. Meso- no sentido de alguns milhões de anos atrás, em vez de recente (Neo-) ou extremamente antigo (Palaeo-). Em particular, eles têm observado mudanças de taxas na família. Estas são a taxa de extinção, a taxa de especiação e a taxa líquida de ambos. Se essa velocidade de especiação mudar, então houve uma 'mudança de taxa' e foi isso que Huang e seus colegas investigaram.

O Brassicaceae é uma família familiar, como algumas das espécies foram domesticadas. Esta é a família que contém nabos, repolhos e mostardas, mas o professor Marcus Koch, da Universidade de Heidelberg, e co-autor do artigo, explicou que há muito mais nas Brassicaceae. “As Brassicaceae são conhecidas por sua ocorrência em ambientes hostis (sal, alpino, ártico, metais pesados ​​etc.), e várias linhagens apresentam taxas de especiação muito altas, o que as torna um ótimo sistema de estudos para analisar esses tipos de processos evolutivos. Além disso, a família possui mais de 4000 espécies, o que simplesmente fornece o poder estatístico para qualquer análise.”

“As Brassicaceae também são conhecidas por suas muitas espécies poliploides e por muito tempo se pensou que a poliploidização per se pode ser um condutor da subseqüente diversificação evolutiva e subseqüente especiação, a duplicação completa do genoma pode fornecer a base genética para explorar novos ambientes e desenvolver novos traços e caracteres sob regimes de seleção em mudança. No entanto, ao contrário, tem havido algum debate de que os poliploides também podem ser vistos como “becos sem saída” evolutivos.

“Mostramos que em Brassicaceae ambos os fatores, poliploidização passada e mudanças de taxa (por exemplo, desencadeadas por mudanças ambientais) não estão necessariamente ligadas; e ambos contribuem para altas taxas de especiação em Brassicaceae.”

A forma como fizeram isso foi sequenciando o DNA dos plastídeos nas Brassicaceae para elaborar uma estrutura evolutiva básica. Os plastídeos são organelas como cloroplastos ou cromoplastos que contêm pigmentos na célula. Eles possuem seu próprio DNA e, portanto, são independentes dos eventos de poliploidização no núcleo celular, mas ainda podem fornecer sua própria medida de tempo evolutivo. Isso revelou que as Brassicaceae começaram a divergir há cerca de trinta milhões de anos, com muitas das tribos divergindo nos milhões de anos seguintes, durante o Mioceno. Essa estrutura básica tem sido usada para ancorar filogenias individuais com base em dados de sequências de DNA nuclear, abrangendo quase 2000 das 4000 espécies da família Brassicaceae.

Embora a espécie tenha sofrido duplicações de todo o genoma durante esse período, os autores também descobriram que mudanças de taxa podem ocorrer sem essas duplicações. Perguntei ao professor Koch se era uma surpresa ver duplicações de genomas inteiros não conduzindo as mudanças de taxa. “Sim e não: uma duplicação do genoma tem muitos impactos graves em todo o sistema genético. E também do ponto de vista evolutivo o genoma tem que ser estabilizado (processo de diploidização), para diversificar posteriormente. Mas se esse processo for bem-sucedido, esse sistema pode ser posicionado para se diversificar melhor sob novas condições ambientais”.

“No entanto, também a mudança das condições ambientais pode desencadear o aumento da especiação (sem preceder a duplicação do genoma). E, portanto, ambos os processos são independentes um do outro – mas podemos supor que existem efeitos aditivos.”

O Mioceno foi uma época que levou a um resfriamento do planeta, antes do Plioceno, quando houve uma série de Idades do Gelo. Essas mudanças de ambiente afetaram as espécies de Brassicaceae. As mudanças climáticas passadas podem ser usadas para prever o futuro? Provavelmente não de acordo com o professor Koch. “As escalas de tempo que consideramos abrangem milhões de anos. A atual (e muito rápida) mudança climática está influenciando severamente extinção taxa (em combinação com aumento de nitrogênio, mudanças na paisagem, etc.), mas a mudança ambiental provavelmente pode não aumentar a taxa de especiação de acordo. Isso significa que a taxa líquida de especiação diminuirá rapidamente. No entanto, não podemos medir esse processo “em tempo real”, simplesmente porque novas espécies evoluem ao longo de milhares a dezenas de milhares de anos. É por isso que é tão importante e significativo reconstruir o passado.”

Os autores escrevem que fizeram três descobertas importantes em sua pesquisa:

“(1) Mudanças significativas na taxa são observadas em 12 das 52 tribos de Brassicaceae, que são dissociadas dos WGDs mesopoliploides. Mudanças detectadas dentro das tribos foram distribuídas aleatoriamente ao longo do tempo, indicando que nenhuma época contribuiu para uma grande explosão na diversificação das Brassicaceae. No entanto, o Plioceno-Pleistoceno está desempenhando um papel importante para a diversidade atual de Brassicaceae e destaca que a diversificação de Brassicaceae é geralmente favorecida por condições mais frias e secas. Os ciclos glaciais/deglaciação do Pleistoceno podem ter contribuído para a manutenção da alta taxa de diversificação em Brassicaceae.
(2) O efeito combinado da maior idade da copa e da taxa de diversificação líquida mais rápida é suficiente para explicar a alta riqueza de espécies entre as tribos de Brassicaceae.
(3) As espécies de Brassicaceae possuem aprox. 43.3% neopoliplóides, sugerindo WGD como uma força motriz constante para a diversificação de espécies. Com o passar do tempo, os neopoliploides se transformam em mesopoliploides e são a fonte de diversificação futura.“

Para o professor Koch, tanto a poliploidização quanto a resposta ambiental são fatores importantes na história evolutiva das Brassicaceae. em Brassicaceae. Não é um beco sem saída evolutivo, ao invés de uma propriedade intrínseca desta importante família de plantas que compreende também a Arabidopsis e numerosas plantas cultivadas, como as Brassicas.'”

Atualização: 6 de março de 2020 Uma versão anterior confundiu a relação entre o DNA plastidial e o DNA nuclear.