Desvendar a base genética da evolução adaptativa
Estudo revela rearranjos cromossómicos complexos num inseto-pau
Compreender a base material da evolução adaptativa tem sido um objetivo central da biologia que remonta, pelo menos, ao tempo de Darwin. Um dos debates actuais centra-se na questão de saber se a evolução adaptativa se baseia em muitas mutações com efeitos pequenos e aproximadamente iguais, ou se é impulsionada por uma ou poucas mutações que causam grandes alterações nas caraterísticas.
Uma fêmea de inseto-pau verde (Timema cristinae) mistura-se num lilás da Califórnia (Ceanothus). Um estudo publicado pelo investigador da Universidade do Estado do Utah, Zachariah Gompert, e seus colegas na edição de 18 de abril de 2025 da revista Science da AAAS revela rearranjos cromossómicos complexos num inseto-pau.
Aaron Comeault
Os rearranjos cromossómicos, em que grandes pedaços de cromossomas são invertidos, deslocados, apagados ou duplicados, constituem uma possível fonte dessas "macromutações" em grande escala. No entanto, tem sido difícil caraterizar os rearranjos cromossómicos com os métodos de sequenciação de ADN habitualmente utilizados.
Muitos organismos, incluindo os humanos, são diplóides, o que significa que têm dois conjuntos de cromossomas - um de cada progenitor. O mesmo acontece com os insectos. Isto faz com que a identificação de rearranjos cromossómicos com espécies seja um desafio na montagem dos genomas.
"No passado, calculámos a média dos dados de cada conjunto de cromossomas, mas a precisão limitada deste método não conta toda a história", diz o biólogo evolutivo da Universidade Estatal de Utah, Zachariah Gompert. "A utilização de abordagens mais recentes, moleculares e computacionais que geram conjuntos de genomas em fases, em que as duas cópias de cada cromossoma são montadas separadamente, permitiu-nos mostrar diretamente como os rearranjos cromossómicos complexos permitiram que os insectos-pau se adaptassem ao serem crípticos em diferentes plantas hospedeiras, evitando assim a predação".
Gompert e colegas relatam que a divergência adaptativa no padrão de cores crípticas é sustentada por dois rearranjos cromossómicos distintos e complexos, em que milhões de bases de ADN foram invertidas e movidas de uma parte de um cromossoma para outra, independentemente em populações de insectos-pau em diferentes montanhas.
Os cientistas estudaram insectos Timema cristinae com padrões de cor variados, recolhidos em duas montanhas perto de Santa Barbara, na Califórnia. Os insectos sem asas, que se alimentam de plantas, estão adaptados de forma divergente a duas espécies de plantas diferentes nos habitats do chaparral costeiro. Um dos insectos é verde, o que lhe permite misturar-se com o lilás da Califórnia, enquanto o outro apresenta uma fina risca branca no dorso, o que o torna quase indetetável entre as folhas em forma de agulha do arbusto chamise.
Gompert e colegas mostraram que esta diferença adaptativa no padrão de cor é quase completamente explicada pela presença ou ausência destes complexos rearranjos cromossómicos individuais.
"A nova tecnologia de montagem genómica por fases utilizada neste estudo foi uma peça fundamental para nos ajudar a examinar a forma como o padrão de cor evoluiu nestes insectos", afirma Gompert, professor do Departamento de Biologia da USU e do Centro de Ecologia da USU. "As nossas descobertas sugerem que os rearranjos cromossómicos podem estar mais disseminados e ser mais complexos do que pensávamos anteriormente".
Segundo ele, essas mutações, apesar de grandes, são fáceis de perder usando abordagens tradicionais de sequenciamento de DNA.
"Os rearranjos cromossómicos podem ser difíceis de detetar e caraterizar utilizando abordagens padrão", afirma Gompert. "Estamos essencialmente a explorar a 'matéria negra' do genoma".
A variação estrutural, diz ele, em vez de ser rara, pode estar regularmente disponível para estimular a evolução.
"Estamos apenas a arranhar a superfície", diz Gompert. "Faltam-nos as ferramentas para detetar a variação estrutural, mas com a melhoria da tecnologia, pensamos que esta desempenha um papel mais importante na evolução do que o anteriormente reconhecido."
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