Genoma de orquídea sul-americana é
sequenciado pela primeira vez
Pesquisa ajuda a compreender as adaptações genéticas de plantas submetidas a estresse ambiental
Entre o Rio Grande do Sul e o Rio de Janeiro, a região costeira do Brasil abriga uma orquídea pouco conhecida: a Epidendrum fulgens. Diferentemente das orquídeas mais populares, avessas ao sol forte, ela suporta bem a luminosidade intensa, além de tolerar os solos pobres de dunas costeiras e afloramentos rochosos. Buscando entender os mecanismos adaptativos e a história demográfica da espécie, um grupo de pesquisadores liderado por Jacqueline Mattos, doutoranda do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp, realizou pela primeira vez o sequenciamento genético dessa planta. A partir da montagem do genoma, foi possível verificar adaptações genéticas que permitiram a sobrevivência da orquídea em ambientes extremos, o que ajuda a entender melhor o comportamento de plantas submetidas a condições estressantes.
A pesquisa é a primeira montagem genômica em escala cromossômica de uma espécie sul-americana do gênero Epidendrum e integra o doutorado de Mattos, que também é pesquisadora do Instituto Tecnológico Vale. O estudo foi publicado no Genome Biology and Evolution, periódico acadêmico da Oxford University Press, e contou com a colaboração dos professores do IB Fábio Pinheiro e Clarisse Palma-Silva, coordenadores do Laboratório de Ecologia Evolutiva e Genômica de Plantas, do professor da Universidade de São Paulo (USP) Diego Riaño-Pachon, do professor da Universidade do Colorado (EUA) Nolan Kane e dos pesquisadores Kyle Keepers, Paulo Aecyo, Marilia Tavares e Fernando Della-Rosa.
O sequenciamento permitiu a identificação de 30.830 genes. As sequências repetitivas somam um total de 77% do genoma, que está organizado em 12 cromossomos. O procedimento foi realizado a partir da extração de DNA de uma planta colhida em Ubatuba, no litoral norte paulista. Os dados foram extraídos por uma empresa utilizando tecnologias para leituras longas do DNA e análise de cromatina (um complexo de DNA no interior das células). A partir desses dados, os pesquisadores realizaram a montagem inicial, o escalonamento e a organização. Na etapa de montagem, são reconhecidos blocos contínuos de DNA, os contigs, que na etapa subsequente são organizados numa ordem correta para representar os cromossomos.
Depois de montado o genoma, é realizada a anotação, ou seja, a identificação, a localização e a descrição da função de cada elemento. Na orquídea E. fulgens, os pesquisadores observaram genes responsáveis pela adaptação da planta a um ambiente estressante, com um solo pobre em nutrientes, baixa umidade, alta concentração de sal e muita luminosidade. Tais características, próprias das restingas litorâneas, levaram essa orquídea a adquirir um conjunto de genes relacionado com a osmorregulação, que é o processo de controle de água e sais minerais no organismo. Também houve um aumento no número de famílias gênicas e funções fisiológicas relacionadas à regulação do ciclo celular, organização do citoesqueleto e resposta ao estresse oxidativo, processo que pode ser desencadeado por seca, calor e salinidade.
“Encontramos várias funções fisiológicas que têm relação com estresse salino e outros tipos de estresse e com a defesa contra patógenos. Também [genes] de estabilidade da parede celular e diversas famílias gênicas que mostram, de fato, como a E. fulgens está adaptada a esses ambientes que a gente chama de ambientes extremos, com solos pobres e arenosos e muita exposição ao sol. A pesquisa abre espaço para entender esse tipo de adaptação nos neotrópicos, pensando em um contexto evolutivo”, aponta a bióloga Jacqueline Mattos.
No doutorado, Mattos também analisa o papel relativo do clima e das interações bióticas na definição dos limites da distribuição da E. fulgens. Em um artigo publicado no Journal of Biogeography, a pesquisadora indica a relevância do clima na margem meridional da ocorrência da espécie, onde a variação da precipitação impede sua expansão mais ao sul. Já na margem norte, verificou-se que a interação biótica — entre planta e polinizadores — contribui para a adequação ao habitat. Isso é uma evidência de que a distribuição é influenciada tanto por barreiras físicas e climáticas como pela disponibilidade de parceiros mutualísticos.
História populacional e pioneirismo
O sequenciamento da E. fulgens permitiu aos pesquisadores reconstruir a história populacional da orquídea nos últimos 10 milhões de anos. Foram encontrados dois eventos de expansão e contração populacional na história demográfica da planta. No Mioceno tardio, há aproximadamente 10 milhões de anos, ela atingiu seu pico de população, diferentemente de outras espécies de orquídeas. Já no Pleistoceno Médio, há cerca de 800 mil anos, houve mais um evento de expansão, seguido de uma contração. Atualmente, a população da orquídea estabilizou-se em níveis reduzidos — estima-se que haja 20 mil indivíduos.
Para o professor Fábio Pinheiro, orientador de Mattos, a planta mostrou adaptação às flutuações climáticas ao longo do tempo. Considerando que há projeções de aumento do calor e de secas, o biólogo indica a importância de conhecer melhor uma planta que já vive em condições semelhantes. “Esse trabalho oferece alguns resultados que nos guiam, porque a E. fulgens já cresce num ambiente assim, então é como se estivéssemos antecipando os resultados de como um genoma reage a esse tipo de condição.”
Pinheiro também ressalta que não existia nenhum outro genoma descrito de uma orquídea próxima da E. fulgens, e por isso a pesquisa foi desafiadora. Na América do Sul, apenas a orquídea Vanilla planifolia estava sequenciada em nível cromossômico, mas essa não é uma planta próxima à espécie brasileira. “O desafio foi realmente fazer uma montagem baseada quase exclusivamente nos dados que a gente gerou. Então ficamos muito felizes. Estamos falando de um universo de plantas muito diverso, e que provavelmente vai ser beneficiado daqui por diante com a publicação desse genoma.”