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Os espermatozóides têm pacotes compactos de DNA, mas exatamente como e por que os núcleos dos espermatozóides são condensados em plantas com flores tem sido um mistério, até agora.
Uma equipe de pesquisa do John Innes Center descobriu um mecanismo de compactação de esperma de plantas com flores e reuniu pistas sobre por que isso é necessário.
Como as plantas com flores compactam seu DNA nos espermatozoides?
Pesquisadores do grupo do professor Xiaoqi Feng mostraram como em plantas com flores, a cromatina do esperma, um complexo de DNA e proteínas, é compactada por uma proteína histona especial que se autoagrega espontaneamente como gotas de óleo na água, um fenômeno conhecido como separação de fases.
Plantas com flores usam um mecanismo diferente para animais e plantas sem sementes (como samambaias e musgos). Nesses outros organismos, a cromatina do esperma sofre substituição quase completa de histonas por protaminas que compactam altamente o DNA.
O mecanismo de compactação em plantas com flores era desconhecido, pois elas não possuem protaminas, mas mantêm a cromatina à base de histonas.
A equipe de pesquisa do professor Feng usou microscopia de super-resolução, proteômica comparativa, sequenciamento epigenômico de célula única e mapeamento do genoma 3D para investigar esse mistério.
A equipe examinou o esperma de Arabidopsis thaliana, núcleos de células vegetativas e foliares usando microscopia de super-resolução e identificou uma variante de histona H2B.8 que é expressa especificamente em núcleos de esperma por meio de proteômica comparativa.
H2B.8 tem uma longa região intrinsecamente desordenada (IDR), uma característica que freqüentemente permite que as proteínas sofram separação de fases. A pesquisa descobriu que quase todas as espécies de plantas com flores têm homólogos H2B.8 (cópias), todos os quais contêm um IDR, sugerindo funções importantes.
Usando imagens, sequenciamento epigenômico e mapeamento 3D do genoma, os pesquisadores mostram que o H2B.8 condensa o DNA do esperma induzindo a separação de fases e a agregação da eucromatina, a parte da cromatina que é comparativamente descondensada e transcricionalmente ativa.
Como a eucromatina ocupa a maior parte do volume nuclear, sua agregação é um mecanismo altamente eficaz para a condensação nuclear.
Eles também mostram que, devido à localização específica de H2B.8 dentro da eucromatina inativa, sua função de condensação não afeta negativamente a transcrição e a atividade dos genes.
Por que as plantas com flores condensam seu DNA dessa maneira?
Muitos organismos têm esperma altamente condensado. Por exemplo, os mamíferos produzem espermatozoides móveis que nadam e se beneficiam de feixes compactos de DNA em seus núcleos de esperma para obter uma cabeça de esperma pequena e hidrodinâmica que ajuda na velocidade de natação.
As plantas com flores produzem pólen que não nada, levantando a questão ‘por que a compactação do DNA ocorre no esperma das plantas com flores?’
A equipe de pesquisa concluiu que a condensação de esperma mediada por H2B.8 é importante para a fertilidade masculina. Os pesquisadores especulam que a condensação de espermatozóides é importante para plantas com flores, nas quais os espermatozóides precisam viajar através de um longo tubo polínico para alcançar o óvulo profundamente embutido nos tecidos maternos.
Consistente com essa ideia, as gimnospermas, um grupo de plantas com sementes não floridas (por exemplo, coníferas, cicadáceas) que têm o aparelho de ovo exposto têm núcleos de esperma não condensados e falta H2B.8.
O primeiro autor do estudo, Toby Buttress, disse: “Nós propomos que H2B.8 é uma inovação evolutiva de plantas com flores que atinge um nível moderado de condensação nuclear em comparação com as protaminas, que sacrificam a transcrição para super compactação. A condensação mediada por H2B.8 é suficiente para esperma imóvel e compatível com a atividade do gene.”
A equipe também especula que esses mecanismos de condensação nuclear provavelmente operam fora das plantas com flores, em células transcricionalmente ativas que favorecem núcleos menores.
Dr Buttress continua: “Descobrimos o primeiro exemplo de uma variante específica de histona do núcleo capaz de afetar as propriedades de separação de fases da cromatina.
“Nós demonstramos um novo e excitante mecanismo de compactação do genoma que não compromete a atividade do gene.”
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