Um estudo da relação entre a taxa de crescimento das árvores tropicais e a frequência de mutações genéticas que elas acumulam sugere que as árvores mais velhas e de vida longa desempenham um papel maior na geração e manutenção da diversidade genética do que as árvores de vida curta.
O estudo, publicado hoje como uma pré-impressão revisada em eVida, fornece o que os editores descrevem como evidência convincente de que as espécies de árvores adquirem mutações a uma taxa anual semelhante, independentemente da divisão celular e de sua taxa de crescimento.
As descobertas podem ser usadas para informar estratégias de conservação de ecossistemas, particularmente nas florestas tropicais do sudeste da Ásia, que estão sob ameaça das mudanças climáticas e do desmatamento.
“A biodiversidade, em última análise, resulta de mutações que fornecem variação genética para os organismos se adaptarem ao seu ambiente”, explica o co-autor Akiko Satake, professor do Departamento de Biologia da Faculdade de Ciências da Universidade de Kyushu, Japão. “No entanto, como e quando essas mutações ocorrem em ambientes naturais é pouco compreendido.”
Mutações somáticas são mudanças espontâneas no DNA de um organismo que ocorrem durante sua vida útil. Eles podem surgir devido a fatores externos, como radiação ultravioleta, ou fatores internos, como erros de replicação do DNA. Não está claro qual desses fatores causa mutações com mais frequência, particularmente em ecossistemas e árvores tropicais, que não são tão bem caracterizados quanto suas contrapartes mais temperadas.
Para entender isso melhor, Satake e seus colegas examinaram as taxas e padrões de mutações somáticas em duas espécies de árvores tropicais nativas do centro de Bornéu, na Indonésia: o crescimento lento Shorea laevis (S. laevis)e o rápido crescimento S. leprosula. As espécies S. leprosula cresce três vezes mais rápido do que S. laevis.
A comparação das mutações somáticas das duas espécies de árvores permitiu à equipe obter informações sobre o impacto da taxa de crescimento no acúmulo dessas mutações e seu papel potencial na evolução e na diversidade das espécies. Eles coletaram sete amostras de DNA das folhas no nível mais alto dos galhos das árvores, além de amostras do tronco de cada árvore, totalizando 32 amostras. O comprimento e o diâmetro das árvores à altura do peito foram utilizados para determinar a idade média de cada espécie na área de amostragem. S. laevis árvores tinham em média 256 anos, enquanto S. leprosula as árvores tinham em média 66 anos de idade.
Para identificar as mutações presentes, a equipe construiu um conjunto de dados genéticos de referência para cada espécie de árvore, usando o DNA coletado das folhas. A sequência do genoma foi determinada usando uma técnica chamada PacBio RS II de leitura longa e sequenciamento Illumina de leitura curta. A equipe extraiu o DNA duas vezes de cada amostra, permitindo identificar variantes de nucleotídeo único (SNVs) dentro do mesmo indivíduo, identificando aquelas que eram idênticas entre as duas amostras. A maioria das mutações estava presente em um único galho de árvore. No entanto, algumas mutações foram encontradas em vários ramos, o que implica que elas foram transmitidas entre os ramos em algum momento durante o crescimento da árvore.
Em ambas as espécies, a equipe notou um aumento linear no número de mutações com a distância física entre os ramos. A taxa de mutações por metro foi em média 3,7 vezes maior no crescimento lento S.leavis do que no crescimento rápido S. leprosula, sugerindo que as árvores de crescimento lento acumulam mais mutações somáticas. No entanto, ao contabilizar as diferenças nas taxas de crescimento e calcular a taxa de mutações por ano, as duas espécies tiveram taxas iguais. Essa descoberta sugere que as mutações somáticas se acumulam de maneira semelhante a um relógio à medida que uma árvore envelhece, independentemente da replicação do DNA e da taxa de crescimento.
“Também descobrimos que as mutações somáticas são neutras dentro de um indivíduo – ou seja, não são nem benéficas nem prejudiciais à sobrevivência. No entanto, essas mutações transmitidas para a próxima geração estão sujeitas a forte seleção natural durante a germinação e crescimento das sementes”, diz co -autor principal Ryosuke Imai, bolsista de pós-doutorado no Departamento de Biologia, Faculdade de Ciências, Universidade de Kyushu. “Isso sugere que as mutações somáticas se acumulam com o tempo, e as árvores mais velhas contribuem mais para gerar variação genética e adaptação ao seu ambiente, aumentando assim as chances de sobrevivência de suas espécies”.
Imai e seus colegas encorajam mais pesquisas nesta área. Em particular, eles dizem que a modelagem matemática seria necessária para considerar a divisão assimétrica das células durante o alongamento e a ramificação, a fim de validar ainda mais as descobertas.
“Nas árvores, as mutações somáticas podem ser transmitidas às sementes, resultando em ricas variações genéticas nas gerações subsequentes”, afirma um dos autores Masahiro Kasahara, professor associado do departamento de biologia computacional e ciências médicas da Universidade de Tóquio, Japão. “À medida que as florestas tropicais do sudeste da Ásia enfrentam as ameaças da mudança climática e do desmatamento, nosso estudo sugere que as árvores de vida longa podem desempenhar um papel crucial na manutenção e aumento da variação genética desses sistemas tropicais”.