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O estudo molecular maciço revela pistas para a evolução e diversificação de uma família essencial de plantas

Traduzido de Science Daily

O estudo mais abrangente da árvore genealógica das leguminosas, a família de plantas que inclui feijão, soja, amendoim e muitas outras plantas de cultivo economicamente importantes, revela uma história de duplicações completas do genoma. O estudo também ajuda a descobrir a evolução dos genes envolvidos na fixação de nitrogênio, uma característica importante provavelmente importante na expansão evolutiva e diversificação de leguminosas e vital para uso como “adubo verde” na agricultura. Para reconstruir a árvore genealógica, os pesquisadores compararam a sequência de DNA de mais de 1.500 genes de 463 espécies diferentes de leguminosas, incluindo 391 espécies recém-sequenciadas, abrangendo a diversidade desta grande família de plantas.

Um artigo descrevendo o estudo, liderado pelo professor de biologia da Penn State, Hong Ma, aparece na edição de maio de 2021 da revista. Planta molecular.

“As leguminosas constituem a terceira maior família de plantas com flores e são incrivelmente diversificadas, desde pequenas gramíneas a árvores gigantes”, disse Ma, que é o Distinguished Research Professor of Plant Molecular Biology da Penn State. “Eles são culturas alimentares essenciais para humanos e animais, podem ser usados ​​como madeira e ter muitos outros usos. Talvez o mais importante, eles podem ‘fixar’ nitrogênio, extraindo o nutriente vital da atmosfera e armazenando-o em nódulos. raízes em uma relação simbiótica com bactérias do solo, o que as torna importantes como adubo verde para melhorar a saúde do solo “.

Existem mais de 19.000 espécies na família das leguminosas, divididas em seis subfamílias e depois divididas em grupos cada vez mais estreitos com base em suas relações evolutivas. Há 765 gêneros, o grupo um nível acima das espécies, dos quais a equipe amostrou 333 membros.Para construir a árvore genealógica, a equipe analisou as sequências gênicas dos transcriptomas, a porção do genoma que é expressa como genes. – da maioria das 463 espécies e um pequeno número de genomas sequenciados superficialmente completos de toda a diversidade de leguminosas.

“Este é o maior estudo desse tipo para uma única família de plantas”, disse Ma. “Fizemos o nosso melhor para amostrar o máximo de espécies que pudemos para obter uma ampla representação da família das leguminosas, mas muitas vezes é difícil melhorar – espécimes preservados dos quais podemos extrair DNA ou RNA, especialmente para espécies que são encontradas em locais remotos. Ter essa ampla representação de espécies nos permitiu construir a árvore genealógica de genes nucleares mais detalhada para leguminosas até hoje. “

Além de ajudar os pesquisadores a entender a evolução e diversificação das leguminosas, a nova árvore genealógica das leguminosas ajuda a esclarecer a relação entre as plantas cultivadas e seus parentes silvestres. Embora parentes próximos de importantes safras agrícolas sejam frequentemente conhecidos, estudar primos selvagens mais distantes pode revelar características que podem ser exploradas para ajudar as plantas a prosperar em ambientes mutáveis ​​e resistir a doenças ou pragas de insetos.

Na árvore genealógica das leguminosas, a equipe de pesquisa identificou fortes evidências de 28 eventos separados de duplicação do genoma inteiro. Duplicações do genoma completo, eventos evolutivos que resultam na duplicação do genoma completo, são bastante comuns entre as plantas com flores e acredita-se que permitem a inovação funcional e a diversificação evolutiva. Um dos eventos de duplicação que a equipe identificou parece ter ocorrido no ancestral de todos os membros da família das leguminosas.

“Como para a maioria das espécies em nosso estudo usamos transcriptomas e não temos sequências de genoma completas, pensamos neles como eventos de duplicação do genoma ‘propostos'”, disse Ma. “Esses tipos de estudos são como resolver um mistério. Se você tiver apenas uma ou algumas testemunhas, pode ser difícil convencer um júri de suas provas, mas se você tiver uma centena de testemunhas que têm perspectivas diferentes e todas apontam para a mesma coisa, torna-se difícil descartar essas provas. caso, as diferentes espécies são nossas testemunhas. O tamanho de nosso estudo nos permitiu identificar fatos que de outra forma teríamos descartado. “

As duas maiores subfamílias têm mais de 17.000 espécies de leguminosas e incluem todas as espécies com a capacidade de fixar nitrogênio. O nitrogênio é um nutriente importante para as plantas, a maioria dos fertilizantes comerciais contém uma mistura de nitrogênio, fósforo e potássio, então a relação simbiótica entre algumas leguminosas e os microrganismos que lhes permitem assimilar o nitrogênio da atmosfera usando nódulos de raízes estimulou seu sucesso ao permitir para colonizar áreas com solo menos fértil. A equipe de pesquisa também identificou pistas para a evolução dos genes responsáveis ​​por esta importante característica.

“Nossos dados apóiam a ideia de que a nodulação e a fixação de nitrogênio se originaram apenas uma vez no início da história das leguminosas e outras plantas fixadoras de nitrogênio relacionadas, e todo o evento de duplicação do genoma na origem das leguminosas poderia ter sido crucial para a evolução deste processo . “Disse Ma.” Além desse evento de duplicação, também podemos ver a perda de genes em plantas que não têm a capacidade de nodular, e mudanças evolutivas nos genes que contribuíram para seu papel na nodulação “.

Fonte da história:

Materiais fornecido por Estado de Penn. Original escrito por Sam Sholtis. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.



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