Cientistas identificam genes-chave da evolução das sementes

Um consórcio internacional de cientistas decifrou mais de 4 mil genes envolvidos na formação de sementes a partir do genoma de gimnospermas. A pesquisa utilizou dados de 20 espécies, incluindo coníferas, cicas e ginkgos.

Essas plantas, conhecidas como "fósseis vivos", foram estudadas por sua posição única na árvore evolutiva. Elas representam os primeiros organismos a desenvolver sementes, há cerca de 300 milhões de anos.

Os cientistas analisaram ovulados e folhas dessas espécies, além de esporos de samambaias, que não produzem sementes. A partir disso, identificaram 4.076 genes candidatos ligados à origem e à evolução da estrutura da semente.

Tecnologia aplicada

A investigação utilizou sequenciamento de RNA para montar o maior conjunto já produzido de transcriptomas de ovulados de gimnospermas. Foram processadas mais de 586 mil sequências gênicas, extraídas com apoio de instituições como o Jardim Botânico de Nova York, a Universidade de Nova York (NYU) e o Cold Spring Harbor Laboratory.

A equipe combinou dados de expressão gênica com análises filogenômicas. A metodologia detectou genes ortólogos -- compartilhados entre diferentes espécies -- com padrões de expressão específicos nas estruturas reprodutivas, como os ovulados, e nas folhas. Ao cruzar esses dados com árvores filogenéticas, os pesquisadores identificaram os genes mais influentes na história evolutiva das sementes.

Divisões evolutivas

Os genes com expressão diferencial nos ovulados contribuíram para esclarecer três grandes separações evolutivas: entre plantas com e sem sementes; entre gimnospermas e angiospermas (plantas com flores); e dentro das próprias gimnospermas, entre coníferas e grupos mais antigos como as cicas e o ginkgo.

Entre os genes com maior influência nessas transições estão os relacionados ao desenvolvimento da parede do grão de pólen, um indicativo de que estruturas antigas foram reaproveitadas ao longo da evolução. O padrão de expressão gênica nas gimnospermas sugere que seus ovulados mantêm características semelhantes à parede dos esporos das samambaias. Já nas angiospermas, essas estruturas foram em grande parte perdidas.

Do fóssil ao campo

A identificação desses genes representa um avanço significativo para a agricultura. A equipe descobriu que muitos genes ainda não descritos em espécies modelo, como Arabidopsis thaliana, possuem equivalentes funcionais em gimnospermas. Isso revela um potencial oculto em plantas que raramente são incluídas em estudos genéticos modernos.

O estudo validou a função de alguns desses genes em experimentos com Taxus baccata, uma gimnosperma conhecida por seu arilo, uma estrutura semelhante a um fruto, que envolve a semente. Dois genes candidatos demonstraram padrões únicos de expressão nessa estrutura, indicando sua possível contribuição para estratégias de dispersão de sementes.

Conservação e inovação

Além das aplicações agrícolas, os dados também podem servir para a preservação de plantas ameaçadas. Muitas gimnospermas enfrentam risco de extinção, em parte por seus ciclos de vida lentos e habitats fragmentados. A base de dados genética construída por essa pesquisa fornece ferramentas para reprodução assistida e programas de conservação orientados por genética.

O consórcio envolveu mais de dez instituições internacionais, com apoio de agências como a National Science Foundation (EUA) e a União Europeia. A liderança ficou a cargo da pesquisadora Veronica Sondervan, da NYU, com participação de especialistas do Jardim Botânico de Nova York, da Universidade de Purdue e da Universidade de Pádua, na Itália.

Mais informações em doi.org/10.1038/s41467-025-65399-3