Evolução: estudo desafia teoria de que mutações no DNA são aleatórias

Descobertas podem levar a avanços no melhoramento de plantas e na genética humana, por exemplo

Estudar o genoma da Arabidopsis thaliana, uma pequena erva daninha florida, levou a uma nova compreensão sobre as mutações do DNA. Crédito: Pádraic Flood

Uma simples erva daninha de estrada pode ser a chave para entender e prever a mutação do DNA, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade da Califórnia em Davis (EUA) e do Instituto Max Planck de Biologia do Desenvolvimento (Alemanha).

As descobertas, publicadas na revista Nature, mudam radicalmente nossa compreensão da evolução e podem um dia ajudar os pesquisadores a produzir melhores colheitas ou até mesmo ajudar os humanos a combater o câncer.

As mutações ocorrem quando o DNA é danificado e não é reparado, criando uma nova variação. Os cientistas queriam saber se a mutação era puramente aleatória ou algo mais profundo. O que encontraram foi inesperado.

“Sempre pensamos na mutação como basicamente aleatória em todo o genoma”, disse Gray Monroe, professor assistente do Departamento de Ciências Vegetais da Universidade da Califórnia em Davis e principal autor do artigo. “Acontece que a mutação é muito não aleatória, e é não aleatória de uma forma que beneficia a planta. É uma maneira totalmente nova de pensar sobre mutação.”

Padrão não aleatório

Os pesquisadores passaram três anos sequenciando o DNA de centenas de Arabidopsis thaliana. Essa pequena erva daninha florida é 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, têm cerca de 3 bilhões de pares de bases. “É um organismo modelo para a genética”, disse Monroe.

O trabalho começou no Instituto Max Planck, onde os pesquisadores cultivaram espécimes em um ambiente de laboratório protegido. Isso permitiu que plantas com defeitos que poderiam não ter sobrevivido na natureza pudessem sobreviver em um espaço controlado.

O sequenciamento dessas centenas de Arabidopsis thaliana revelou mais de 1 milhão de mutações. Dentro dessas mutações foi revelado um padrão não aleatório, contrário ao que se esperava.

“À primeira vista, o que encontramos parecia contradizer a teoria estabelecida de que as mutações iniciais são totalmente aleatórias e que apenas a seleção natural determina quais mutações são observadas nos organismos”, disse Detlef Weigel, diretor científico do Instituto Max Planck e autor sênior do estudo.

Representação exagerada

Em vez de aleatoriedade, eles encontraram trechos do genoma com baixas taxas de mutação. Nesses pedaços, eles ficaram surpresos ao descobrir uma representação exagerada de genes essenciais, como os envolvidos no crescimento celular e na expressão gênica.

“Estas são as regiões realmente importantes do genoma”, disse Monroe. “As áreas que são biologicamente mais importantes são aquelas que estão sendo protegidas contra mutações.”

As áreas também são sensíveis aos efeitos nocivos de novas mutações. “O reparo de danos ao DNA parece, portanto, ser particularmente eficaz nessas regiões”, acrescentou Weigel.

Planta evoluiu para se proteger

Os cientistas descobriram que a forma como o DNA estava envolvido em diferentes tipos de proteínas 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 dá uma boa ideia do que está acontecendo”, disse Weigel.

As descobertas adicionam uma reviravolta surpreendente à teoria da evolução por seleção natural de Charles Darwin porque revela que a planta evoluiu para proteger seus genes de mutações a fim de garantir a sobrevivência.

“A planta desenvolveu uma maneira de proteger seus locais mais importantes da mutação”, disse Weigel. “Isso é empolgante porque podemos até usar essas descobertas para pensar em como proteger os genes humanos da mutação.”

Usos futuros

Saber por que algumas regiões do genoma sofrem mais mutações do que outras pode ajudar os criadores que dependem da variação genética para desenvolver colheitas melhores. Os cientistas também podem usar as informações para prever melhor ou desenvolver novos tratamentos para doenças como o câncer, causadas por mutação.

“Nossas descobertas fornecem um relato mais completo das forças que conduzem os padrões de variação natural; eles devem inspirar novos caminhos de pesquisa teórica e prática sobre o papel da mutação na evolução”, conclui o artigo.

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