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Num estudo recente no PNAS, uma equipa de investigadores do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena, Alemanha, mostra que uma única mutação que tem efeitos imediatos na aptidão das plantas é mantida a longo prazo nas populações naturais de plantas, apesar das teorias preverem o contrário. Os pesquisadores localizaram e identificaram o gene que regula a quantidade de um hormônio de defesa ativo. Mutantes neste gene são suscetíveis ao ataque de herbívoros. No entanto, compensam as defesas prejudicadas através de redes genéticas robustas. Quando menos herbívoros atacam, eles crescem ainda mais rápido e produzem mais descendentes.
As plantas não estão expostas a herbívoros sem defesas. Quando um inseto se alimenta de uma folha, ferindo-a e liberando secreções orais, uma cascata de sinalização é desencadeada na planta, geralmente começando com um rápido aumento na quantidade do hormônio vegetal ácido jasmônico e seu conjugado ativo de isoleucina. O ácido jasmônico regula várias reações nas plantas, incluindo defesas contra herbívoros e respostas ao estresse ambiental.
Mutantes com propriedades desvantajosas não desaparecem necessariamente
Uma tese importante da teoria evolucionista é a seleção natural e a conclusão de que mutantes com propriedades desvantajosas desaparecem novamente. No entanto, investigadores do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena fizeram observações sobre as espécies selvagens de tabaco. Nicotiana atenuadatambém conhecido como tabaco de coiote, que contradiz esta previsão.
Há vinte anos, os cientistas realizaram ensaios de campo com plantas de tabaco com sinais de defesa silenciados no seu ambiente natural, o deserto da Grande Bacia, no estado americano de Utah. Essas plantas geneticamente modificadas atraíram cigarrinhas do gênero Empoasca, que não foram encontrados em plantas selvagens cujas defesas não foram prejudicadas. Ao mesmo tempo, os investigadores observaram que os danos alimentares causados pelas cigarrinhas também podiam ser observados em alguns indivíduos em populações naturais. Eles mostraram que os mecanismos naturais de defesa nessas plantas individuais estavam comprometidos. No entanto, a equipa de investigação também descobriu que outros mutantes com defesa prejudicada expostos a apenas alguns herbívoros no campo cresceram significativamente mais rápido do que aqueles com sinais de defesa intactos. No entanto, em anos de alta pressão herbívora, os mutantes foram atacados tão severamente que não sobreviveram e não conseguiram se reproduzir. “Essas descobertas nos levaram a pensar que as populações naturais de Nicotiana atenuada podem conter mutantes naturais na via de sinalização de defesa e que esses mutantes foram mantidos em populações naturais por meio de compensações entre pressões de seleção relacionadas ao crescimento e à defesa”, disse o líder do estudo, Ian Baldwin, explicando as observações anteriores subjacentes ao estudo.
Para testar esta hipótese, a equipe de Ian Baldwin desenvolveu o que é chamado de população MAGIC, que captura uma grande parte da diversidade genética de todo o mundo. Nicotiana atenuada espécies em uma população reprodutora com uma base genética homogeneizada. A criação desta população exigiu a triagem de centenas de acessos de plantas naturais de coleções de sementes em diferentes locais no Deserto da Grande Bacia ao longo de três décadas para eventualmente selecionar 26 linhagens parentais muito diferentes que foram cruzadas entre si de uma forma muito estruturada durante uma década. O resultado desses cruzamentos é a população MAGIC (intercruzamento multiparental de geração avançada). Além disso, os pesquisadores criaram um genoma de referência coerente de alta qualidade.
A prioridade de crescimento e reprodução sobre a defesa torna-se uma vantagem em anos com pouca pressão herbívora
Com este conjunto de dados, os cientistas conseguiram mapear com precisão a base genética da maior suscetibilidade aos herbívoros e a variação nos níveis do conjugado de ácido jasmônico e localizar a mutação causadora no genoma. “Em Nicotiana atenuada plantas, a variação no gene JAR afeta a quantidade de conjugado de ácido jasmônico que é acumulado. Uma mutação neste gene resulta em níveis mais baixos do que em plantas normais. Os mutantes priorizam o crescimento e a reprodução em vez da defesa, tornando-os mais suscetíveis ao ataque de insetos, mas potencialmente melhores no crescimento rápido e na produção de mais descendentes”, diz o primeiro autor do estudo, Rishav Ray. Além disso, os pesquisadores demonstraram que a mutação neste único gene responsável para a sinalização de defesa das plantas é mantida numa população durante pelo menos 10 anos, e uma rede genética robusta pode amortecer o défice de defesa, permitindo que os mutantes sobrevivam na natureza.
Mutações genéticas ocorrem constantemente e são, em geral, distribuídas aleatoriamente pelos genomas. Na maioria das vezes, essas mutações são prejudiciais, mas ocasionalmente são responsáveis por características úteis em mutantes que facilitam a sobrevivência em determinados ambientes. Neste caso, como sugerido no presente estudo, a mutação principal pode fazer parte de uma rede genética robusta e levar ao acúmulo de outras mutações com grandes efeitos. Isto aumenta a diversidade genética nas populações naturais, o que é importante para a sua sobrevivência e sucesso a longo prazo nos ambientes em rápida mudança do nosso planeta. “Com as rápidas mudanças climáticas do planeta, é essencial compreender e identificar como os processos naturais têm mantido a diversidade genética para que possamos encontrar melhores formas de proteger e preservar a biodiversidade remanescente no nosso planeta”, Ian Baldwin enfatiza a importância das descobertas. A extensa amostragem populacional realizada há 30 anos no deserto da Grande Bacia pelo cientista, que há décadas investiga as estratégias de sobrevivência desta espécie selvagem de tabaco, foi crucial para o sucesso do estudo. O estudo mostra que mesmo depois de muitos anos a recolha e armazenamento de tais amostras ainda pode revelar-se valioso e sublinha a importância de financiar tais projectos de investigação a longo prazo.
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