Além de serem um símbolo de amor e romance, as rosas também são conhecidas por serem afiadas – espinhos se projetam dos caules para afastar os animais que tentam mastigar os botões.
Não são as únicas plantas com esse mecanismo de defesa: Bougainville, popularmente conhecida como primavera, coroa de Cristo, usada até para proteger cercas, além dos arbustos floridos responsáveis por nos dar framboesas e amoras, diversas plantas possuem pontas afiadas.
Mas porque é que todas estas espécies, muitas das quais evoluíram separadamente ao longo de milhões de anos, têm a mesma característica espinhosa? Uma equipe de pesquisadores internacionais descobriu que a resposta está no seu DNA, traçando suas origens até uma antiga família de genes responsáveis pelas espinhas em todas essas variações, de acordo com um novo estudo publicado quinta-feira. na revista Ciência.
As descobertas não só abrem a porta para os cientistas que procuram criar variantes covardes destas espécies, mas também fornecem informações sobre a história evolutiva de um género de plantas extremamente diversificado, dizem os especialistas.
A evolução dos “espinhos”
Ao contrário das referências da cultura pop, as rosas não têm espinhos, que na verdade são as pontas afiadas, duras e secas de certos arbustos, árvores e, claro, de cactos. Em vez disso, as flores têm pontas, que se formam a partir da epiderme da planta em um processo semelhante ao crescimento do cabelo.
As espiguetas existem há pelo menos 400 milhões de anos, aparecendo pela primeira vez nos caules de samambaias e seus parentes. Desde então, a característica apareceu – e desapareceu – em diferentes pontos do tempo evolutivo, explicou o coautor do estudo Zachary Lippman, biólogo vegetal, professor de genética no Laboratório Cold Spring Harbor em Long Island, Nova York, e pesquisador do Instituto Médico Howard Hughes. .
Um dos mais diversos gêneros de plantas, conhecido como Solanum – que inclui culturas como batata, tomate e berinjela – produziu espinhos pela primeira vez há 6 milhões de anos. Hoje, o gênero possui mais de 1.000 espécies que aparecem em todo o mundo, sendo que cerca de 400 delas apresentam espinhos, segundo a Universidade de Utah.
Quando uma característica comum, como as agulhas, aparece independentemente em diferentes linhagens e espécies, isso é o que chamamos de evolução convergente. Isto ocorre quando as espécies se adaptam de maneira semelhante para atender a certas necessidades ambientais.
As asas são outro exemplo de uma característica que evoluiu dessa forma entre diferentes espécies de pássaros, bem como em outros animais, como morcegos e até mesmo alguns tipos de esquilos que possuem uma estrutura semelhante a uma asa, disse Lippman.
Espinhos e agulhas são defesas que surgiram durante a evolução para proteger as espécies dos herbívoros – animais que comem plantas – e também podem auxiliar no crescimento, na competição entre plantas e na retenção de água, segundo o estudo.
Não se sabia exatamente o que fazia com que samambaias e outras plantas não relacionadas desenvolvessem pontas. Agora, os autores do estudo descobriram que uma antiga família de genes conhecida como Lonely Guy, ou LOG, serviu como guardião da característica, fazendo com que ela aparecesse e desaparecesse em diferentes espécies ao longo de milhões de anos. de anos.
Genes espinhosos
Ao remover os espinhos de diversas espécies, incluindo rosas e berinjelas, os autores descobriram que um gene LOG era responsável pelos espinhos em cerca de 20 tipos de plantas estudadas. Os genes relacionados ao LOG são encontrados em todas as plantas, até mesmo nos musgos, que são considerados a primeira planta de terra seca, disse Lippman.
Os genes são responsáveis pela ativação de um hormônio conhecido como citocinina, que é importante para as funções básicas da planta no nível celular, incluindo a divisão e expansão celular, que por sua vez afeta o crescimento da planta.
“Não é como se houvesse um ancestral comum que tivesse picos, e eles se espalharam por 400 milhões de anos para todos esses outros [plantas], e então eles foram perdidos esporadicamente. Na verdade, o que parece é que eles aparecem facilmente em linhagens diferentes”, disse Lippman. “Agora a questão é: com que frequência a evolução convergente não é apenas a característica que vemos, mas os genes por trás da característica?”
Ele acrescentou: “Nosso estudo é, eu acho, provavelmente o primeiro a realmente demonstrar o poder dessas ferramentas [sequenciamento genético e genômico] abranger uma distância evolutiva tão ampla e fazer esta pergunta clássica sobre a evolução convergente em plantas ou animais.”
A descoberta acrescenta uma ferramenta valiosa para investigadores que procuram compreender a extensão da proteção que os espinhos oferecem contra animais herbívoros. Este nível de defesa tem sido difícil de avaliar anteriormente, pois a remoção manual de espinhos de plantas já cultivadas – para testar se elas são mais vulneráveis sem eles – danifica o tecido e pode comprometer a saúde das plantas, disse Tyler Coverdale, professor assistente de ciências biológicas na a Universidade de Notre Dame que não fez parte do novo estudo.
“Ao eliminar picos com mutações genéticas direcionadas, podemos compreender melhor o papel ecológico das defesas físicas das plantas”, disse Coverdale por e-mail.
“As pontas são um desenvolvimento evolutivo essencial que permite às plantas resistir à herbivoria, razão pela qual muitas das plantas com pontas do gênero Solanum são encontradas em áreas com diversidade historicamente alta de grandes herbívoros. Sem esta inovação essencial, é possível que o género Solanum fosse muito mais restrito na sua distribuição e diversidade”, acrescentou Coverdale.
Removendo acumulações geneticamente
Antes dessa descoberta, outro método usado para tentar retirar as agulhas das plantas era tentar cruzar a planta com outra variação que havia perdido as agulhas naturalmente, disse Lippman, razão pela qual hoje existem algumas espécies de rosas sem agulhas.
Mas agora que o gene responsável pelas toupeiras foi identificado, os cientistas podem removê-los usando técnicas de edição do genoma como o CRISPR, um método que os cientistas usam para modificar o DNA dos organismos vivos.
A edição genética direcionada pode facilmente criar mais variações e ter menos consequências para o crescimento das plantas e a produção de frutos, de acordo com Coverdale.
“Este estudo não apenas nos diz mais sobre a evolução específica das espiguetas, mas também nos fornece insights sobre a mecânica de como projetar caminhos de desenvolvimento de plantas para o melhoramento agrícola”, disse Vivian Irish, bióloga vegetal e professora do departamento de biologia molecular. . , celular e desenvolvimento na Universidade de Yale. Irish não fez parte do novo estudo, mas foi o autor sênior de um estudo de 2020 que descobriu que os espinhos crescem nas plantas por meio da atividade das células-tronco.
“[Os genes LOG] foram repetidamente cooptados [uma mudança biológica na funcionalidade de uma característica] em diferentes espécies de plantas para formar pontas, e também se perdem repetidamente em linhagens onde as pontas são perdidas”, disse ela.
“A cooptação em muitos níveis diferentes pode ser a regra prática da natureza, e esta inovação, em muitos casos, pode muito bem refletir a reutilização de genes antigos de novas maneiras”, acrescentou ela por e-mail.
Para fins agrícolas, a retirada dos espinhos pode facilitar a colheita e abrir caminho para que produtos menos conhecidos cheguem aos supermercados.
Um exemplo que os autores usam são as passas do deserto, frutas cultivadas em arbustos espinhosos nativos da Austrália. Com os espinhos removidos, a fruta poderia ser cultivada com muito mais facilidade e seria mais semelhante às frutas comuns de supermercado, como mirtilos e morangos, disse Lippman.
“Trata-se realmente de ter mais conhecimento… e compreender a importância das mutações para nos fornecer os alimentos que comemos na escala em que os comemos, e saber que há mais potencial por aí”, disse Lippman. “Quanto mais entendermos os bastidores, mais teremos chance de ajustar o sistema, ou o motor, se preferir, para fazê-lo funcionar ainda melhor.”
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