Uma comparação exaustiva e meticulosa dos genomas de várias linhagens do cacaueiro por uma equipe de pesquisadores forneceu insights sobre o papel que as variantes estruturais genômicas desempenham na regulação da expressão gênica e na evolução cromossômica, dando origem às diferenças dentro das populações de plantas.
De acordo com o membro da equipe Mark Guiltinan, professor de botânica hortícola e de biologia molecular na Faculdade de Ciências Agrícolas da Penn State, a pesquisa, que tem implicações para a genética vegetal em geral, não teria sido possível antes que computadores poderosos tornassem o sequenciamento de genomas de alta resolução possível, acessível e relativamente rápido.
“Os genomas de diferentes populações de cacaueiros são 99,9% idênticos, mas são as variantes estruturais nesse décimo de 1% de seus genomas que explicam a diversidade da planta em diferentes regiões e sua adaptação ao clima e a várias doenças”, disse ele. “Este estudo faz uma associação entre a variação estrutural e a capacidade de uma planta se adaptar a um ambiente local.”
Os geneticistas moleculares sabem há cerca de uma década que as variantes estruturais genômicas podem desempenhar papéis importantes na adaptação de plantas e animais, mas sua influência geral na aptidão das populações de plantas é pouco compreendida. Isso ocorre em parte porque a identificação precisa em nível populacional de variantes estruturais requer a análise de vários conjuntos genômicos de alta qualidade, que não estão amplamente disponíveis.
Neste estudo, os pesquisadores investigaram as consequências de aptidão de variantes estruturais genômicas em populações naturais, analisando e comparando conjuntos de genoma em escala cromossômica de 31 populações naturais de Theobroma cacao, a espécie de árvore de vida longa que é a fonte do chocolate. Entre essas 31 cepas de cacau, eles encontraram mais de 160.000 variantes estruturais.
Em descobertas publicadas no "Proceedings of the National Academy of Sciences", os pesquisadores relataram que a maioria das variantes estruturais são deletérias e, portanto, restringem a adaptação da planta de cacau. Esses efeitos prejudiciais provavelmente surgem como resultado direto da função genética prejudicada e como resultado indireto da recombinação gênica suprimida por longos períodos de tempo, observaram eles.
No entanto, apesar dos efeitos prejudiciais gerais, o estudo também identificou variantes estruturais individuais com assinaturas de adaptação local, várias das quais estão associadas a genes expressos diferencialmente entre populações. Os genes envolvidos na resistência a patógenos estão entre esses candidatos, destacando a contribuição de variantes estruturais para essa importante característica de adaptação local.
No geral, suas descobertas fornecem informações importantes sobre os processos subjacentes aos efeitos de aptidão de variantes estruturais em populações naturais, apontaram os pesquisadores. Eles sugerem que variantes estruturais influenciam a expressão gênica, o que provavelmente prejudica a função do gene e contribui para seus efeitos prejudiciais. Eles também forneceram suporte empírico para uma previsão teórica de que variantes estruturais resultam na supressão da recombinação gênica, tornando menos provável que as plantas possam se adaptar a fatores estressantes.
Além de revelar novas evidências empíricas para a importância evolutiva de variantes estruturais em todas as plantas, documentar as diferenças genômicas e variantes estruturais entre as 31 linhagens de cacau fornece um recurso valioso para estudos genéticos e de melhoramento contínuos para essa planta valiosa, observou Guiltinan.
“Todo o cacau vem da bacia amazônica – as plantas foram coletadas há muito tempo na natureza por coletores e foram clonadas, então temos uma coleção permanente”, disse ele. “Seus genomas foram sequenciados, e isso representa uma enorme quantidade de trabalho e dados. Como resultado deste estudo, sabemos que a variação estrutural é importante para a sobrevivência da planta, para a evolução da planta e principalmente para a adaptação da planta às condições locais.” Variantes estruturais genômicas estão associadas a genes expressos diferencialmente entre populações, como genes envolvidos na resistência a patógenos como aquele que causa podridão da podridão negra.
*Também envolvidos na pesquisa na Penn State estavam Claude dePamphilis, diretor do Centro de Plantas Parasitárias e Carnívoras, Dorothy Foehr Huck e J. Lloyd Huck do instituto em Plant Biology and Evolutionary Genomics; Eric Wafula, programador de bioinformática do Eberly College of Science; e Paula Ralph, tecnóloga de pesquisa sênior do Eberly College of Science. Outros membros da equipe foram Tuomas Hamala e Peter Tiffin, do Departamento de Biologia Vegetal e Microbiana da Universidade de Minnesota. A National Science Foundation e o Instituto Nacional de Alimentação e Agricultura do Departamento de Agricultura dos EUA apoiaram este trabalho.
*Para ler este artigo em seu formato original, acesse: https://www.psu.edu/news/research/story/study-structural-variants-cacao-genomes-yields-clues-about-plant-diversity/
