Centenas de arbustos perenes e pequenas árvores, incluindo a planta do chá Camellia sinensis, pertencer ao Camélia gênero. Os cientistas sequenciam diferentes regiões de cloroplasto e DNA nuclear para identificar espécies de plantas e estudar filogenética. Embora a região genética mais comum usada para tal pesquisa seja o espaçador transcrito interno (ITS), o sequenciamento dessa região é problemático para o Camélia gênero, tornando sua evolução difícil de estudar.

Nove cientistas da China e do Japão, liderados pelos Drs. Min Zhang e Wen-Ju Zhang, da Nanjing Forestry University e da Fudan University, focaram na região do DNA ribossomal 26S (rDNA) de 13-26 Camélia espécies para um estudo filogenético. Os pesquisadores sugerem que a evolução concertada (por exemplo, uma família de genes evolui junto como uma unidade) atua no rDNA de maneira homogeneizadora. Eles também descobriram que o Camélia O gênero tem o maior polimorfismo de rDNA em angiospermas, principalmente contribuído por pseudogenes que seguem o modelo de evolução de nascimento e morte (por exemplo, alguns permanecem no genoma e se expandem enquanto outros são excluídos e perdidos durante o processo evolutivo). Pseudogenes são cópias desativadas de genes codificadores de proteínas e foram chamados “fósseis genômicos” o que poderia acelerar as mudanças fenotípicas dentro deste gênero.

Zhang e seus colegas coletaram 13 diplóides Camélia espécies do Internacional Camélia Jardim de espécies na China ou seu habitat natural. Os cientistas usaram o sequenciamento de próxima geração para as regiões 26S rDNA com dois controles internos para avaliar a potencial amplificação do PCR e as taxas de erro de sequenciamento. Foram identificados ribotipos únicos, unidades taxonômicas operacionais (OTUs) e OTUs de raio zero sem ruído. O conteúdo de guanina (G) e citosina (C), energia mínima de dobramento do RNA e energia livre de Gibb do DNA foram calculados ou previstos. No total, 1,876 sequências de 26 táxons foram colocadas para produzir uma árvore filogenética de máxima verossimilhança.

A maioria das plantas de chá cultivadas pertence ao gênero Camélia, seção Thea na família Theaceae. Fonte: canva.

Depois de remover o ruído das leituras de sequência, 64 a 217 ZOTUs foram identificados a partir do Camélia amostras que representam o polimorfismo de rDNA mais abundante em angiospermas. Zhang e seus colegas sugeriram que a maioria dos ribotipos eram de pseudogenes de rDNA. As sequências funcionais de 26S rDNA foram relativamente conservadas, mas muitos ramos se formaram na árvore filogenética devido a pseudogenes. A árvore também revelou que os eventos de duplicação aconteceram antes da divergência de diferentes Camélia seções e duplicações também aconteciam dentro de uma espécie.

Árvore filogenética de mais de 1,800 Camélia sequências e um modelo evolucionário hipotético de DNA ribossômico em Camellia por Zhang et al. (2020).

"Camélia representa um grupo, onde o rDNA é submetido a uma mistura de evolução concertada e de nascimento e morte”, escreveram Zhang e seus colegas. “Alguns pseudogenes de rRNA podem ter funções potenciais. Quando escaparam da restrição de seleção, os pseudogenes evoluiriam no sentido de diminuir o conteúdo de GC, energia livre e estabilidade da estrutura e, finalmente, seriam eliminados do genoma”.

“[Especulamos que alguns pseudogenes de rRNA podem desempenhar um papel importante na aceleração de mudanças fenotípicas, bem como na evolução genômica, que precisa de mais estudos”, acrescentaram os cientistas.

Pela primeira vez, este estudo revelou quais processos estão por trás dos processos evolutivos no Camélia gênero e apresentou direções futuras de estudo desses grupos filogeneticamente e economicamente importantes de plantas.