As mutaa§aµes ocorrem quando o DNA édanificado e não éreparado, criando uma nova variaa§a£o. Os cientistas queriam saber se a mutaa§a£o era puramente aleata³ria ou algo mais profundo. O que encontraram foi inesperado.
Estudar o genoma do agria£o thale, uma pequena erva daninha florida, levou a uma nova compreensão sobre as mutações do DNA. Crédito: Pa¡draic Flood
Uma simples erva daninha na estrada pode ser a chave para entender e prever a mutação do DNA, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade da Califa³rnia, Davis, e do Instituto Max Planck de Biologia do Desenvolvimento, na Alemanha.
As descobertas, publicadas nesta quarta-feira, 12, na revista Nature , mudam radicalmente nossa compreensão da evolução e podem um dia ajudar os pesquisadores a produzir melhores colheitas ou atémesmo ajudar os humanos a combater o ca¢ncer.
As mutações ocorrem quando o DNA édanificado e não éreparado, criando uma nova variação. Os cientistas queriam saber se a mutação era puramente aleata³ria ou algo mais profundo. O que encontraram foi inesperado.
"Sempre pensamos na mutação como basicamente aleata³ria em todo o genoma", disse Gray Monroe, professor assistente do Departamento de Ciências Vegetais da UC Davis, principal autor do artigo. "Acontece que a mutação émuito não aleata³ria e não éaleata³ria de uma forma que beneficia a planta. a‰ uma maneira totalmente nova de pensar sobre a mutação."
Os pesquisadores passaram três anos sequenciando o DNA de centenas de Arabidopsis thaliana , ou agria£o thale, uma pequena erva daninha florida considerada o "rato de laboratório entre as plantas" por causa de seu genoma relativamente pequeno, composto por cerca de 120 milhões de pares de bases. Os humanos, em comparação, tem cerca de 3 bilhaµes de pares de bases.
"a‰ um organismo modelo para a genanãtica", disse Monroe.
Plantas cultivadas em laboratório produzem muitas variações
O trabalho começou no Instituto Max Planck, onde os pesquisadores cultivaram espanãcimes em um ambiente de laboratório protegido, o que permitiu que plantas com defeitos que podem não ter sobrevivido na natureza pudessem sobreviver em um espaço controlado.
O sequenciamento dessas centenas de plantas Arabidopsis thaliana revelou mais de 1 milha£o de mutações. Dentro dessas mutações foi revelado um padrãonão aleata³rio, contra¡rio ao que se esperava.
"Aprimeira vista, o que descobrimos parecia contradizer a teoria estabelecida de que as mutações iniciais são totalmente aleata³rias e que apenas a seleção natural determina quais mutações são observadas nos organismos", disse Detlef Weigel, diretor cientafico do Instituto Max Planck e autor saªnior do estudo.
Em vez de aleatoriedade, eles encontraram trechos do genoma com baixas taxas de mutação. Nessas manchas, eles ficaram surpresos ao descobrir uma super-representação de genes essenciais, como aqueles envolvidos no crescimento celular e na expressão gaªnica .
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"Estas são as regiaµes realmente importantes do genoma", disse Monroe. "As áreas que são biologicamente mais importantes são as que estãoprotegidas contra mutações."
As áreas também são sensaveis aos efeitos nocivos de novas mutações . "O reparo de danos ao DNA parece, portanto, ser particularmente eficaz nessas regiaµes", acrescentou Weigel.
Planta evoluiu para se proteger
Os cientistas descobriram que a forma como o DNA estava envolvido em diferentes tipos de proteanas era um bom preditor de se um gene sofreria mutação ou não. "Isso significa que podemos prever quais genes são mais propensos a sofrer mutações do que outros e nos da¡ uma boa ideia do que estãoacontecendo", disse Weigel.
As descobertas adicionam uma reviravolta surpreendente a teoria da evolução por seleção natural de Charles Darwin porque revela que a planta evoluiu para proteger seus genes de mutações para garantir a sobrevivaªncia.
"A planta desenvolveu uma maneira de proteger seus lugares mais importantes da mutação", disse Weigel. "Isso éempolgante porque podemos atéusar essas descobertas para pensar em como proteger os genes humanos da mutação".
Usos futuros
Saber por que algumas regiaµes do genoma sofrem mais mutações do que outras pode ajudar os criadores que dependem da variação genanãtica para desenvolver colheitas melhores. Os cientistas também podem usar as informações para prever melhor ou desenvolver novos tratamentos para doenças como o ca¢ncer, causadas por mutação.
“Nossas descobertas fornecem um relato mais completo das forças que impulsionam os padraµes de variação natural; elas devem inspirar novos caminhos de pesquisa tea³rica e prática sobre o papel da mutação na evoluçãoâ€, conclui o artigo.
Os coautores da UC Davis incluem Daniel Kliebenstein, Mariele Lensink, Marie Klein, do Departamento de Ciências das Plantas. Pesquisadores da Carnegie Institution for Science, Stanford University, Westfield State University, University of Montpellier, Uppsala University, College of Charleston e South Dakota State University contribuaram para a pesquisa.