Estudo troca análise genética por metabólica para reconstituir processo evolutivo | EurekAlert! Science News
Estudo troca análise genética por metabólica para reconstituir processo evolutivo
Novo método que emprega análise da composição química de um organismo é testado em plantas endêmicas aos Andes e atesta formação de espécies por isolamento geográfico
No páramo - habitat da cordilheira dos Andes que é o ecossistema de alta montanha mais diverso do planeta - existe um gênero de plantas endêmicas chamado Espeletia, com 72 espécies descritas. Pesquisadores brasileiros debruçaram-se sobre sua diversidade e distribuição de espécies. O resultado do estudo, publicado em agosto na Scientific Reports (http://www.nature.com/articles/s41598-017-09431-7), sugere que cientistas podem compreender e reconstituir todo um processo de especiação valendo-se do uso ainda pouco explorado da metabolômica em ciência evolutiva.
Trata-se de uma área de estudo que abrange o conjunto de substâncias químicas produzidas por um organismo, produtos do metabolismo. Seu emprego permite o mapeamento da composição química das espécies a partir da combinação de técnicas de análise de extratos de plantas, dados geográficos e estatística multivariada. Estudos sobre especiação costumam ser feitos com ferramentas genômicas, análise de marcadores do DNA ou por comparações morfológicas.
Pesquisadores da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo - campus Ribeirão Preto (FCFRP-USP), no Brasil, descrevem pela primeira vez como as Espeletia se distribuem geograficamente a partir da análise das suas impressões metabólicas.
"Basicamente, pegamos a composição química das espécies de Espeletia, o metaboloma, e vimos que havia uma relação com a origem geográfica delas, em que espécies presentes na mesma localidade apresentam perfis químicos semelhantes. Essa relação já tinha sido encontrada com base em marcadores moleculares, porém numa escala geográfica maior. Isso mostra que a geografia dos Andes não só determinou a evolução deste grupo de plantas, e possivelmente também de outras na região, mas também moldou a composição química destas espécies", disse Federico Padilla (http://www.bv.fapesp.br/pt/pesquisador/678125), um dos autores do artigo.
O trabalho, realizado a partir de bolsa FAPESP de Auxílio à Pesquisa (http://www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/93097), confirma uma hipótese levantada por pesquisadores do Museu Nacional de História Natural dos Estados Unidos, Smithsonian, na década de 1990 - e sustentada parcialmente até então por marcadores moleculares -, sobre a origem e as rotas de migração de Espeletia pelo norte dos Andes.
"Historicamente, esse tipo de análise tem sido feito com base em marcadores moleculares (genes). Porém, em grupos de espécies de evolução recente, como é o caso do gênero Espeletia, esse tipo de análise não consegue determinar muito bem as tendências biogeográficas mais específicas, identificando apenas dois grupos: espécies da Venezuela e da Colômbia", disse Padilla.
Dados metabólitos indicam adaptação evolutiva
A confirmação da antiga hipótese veio após o estudo dos metabólitos secundários - substâncias químicas relacionadas à adaptação das plantas no ecossistema -, que possibilitou analisar padrões de distribuição e como elas se diversificaram quimicamente nos páramos colombianos.
"Cada tipo de marcador tem vantagens e desvantagens. As espécies vegetais, diferentemente dos animais, não conseguem se movimentar para se adaptar a determinado ambiente. Elas precisam produzir vários compostos químicos que vão servir como mecanismos de adaptação ao lugar onde crescem", disse professor Fernando Batista da Costa (http://www.bv.fapesp.br/pt/pesquisador/6197/), orientador do estudo de Padilla e coautor do artigo publicado na Scientific Reports.
Essas "ilhas" continentais formadas por vegetação de pastagem aberta, separadas por densas florestas ou vales andinos profundos, contribuíram para que as espécies que ali habitam tivessem pouca ou nenhuma comunicação com outros páramos.
"Comprovamos que há especiação alopátrica, ou por barreira geográfica. Isso nos remete a Darwin, que propôs esse tipo de especiação em sua teoria evolutiva com base nas Ilhas Galápagos. Lá, ele viu que diferentes ilhas tinham diferentes espécies e que aquelas espécies estavam relacionadas entre si", disse Batista da Costa.
"Em cada páramo as espécies acumulam majoritariamente diferentes substâncias químicas que estão possivelmente relacionadas com a adaptação das espécies àquele determinado local. Comprovamos a partir de evidências químicas que houve especiação alopátrica naqueles páramos e grupo de espécies, como havia sido proposto na década de 1990", disse Padilla.
Aplicação da metabolômica em outros campos
"Na fitoquímica clássica, estudávamos uma planta por vez e, usualmente, identificávamos poucas substâncias químicas. Agora, com as novas técnicas e equipamentos - como o cromatógrafo líquido acoplado a espectrometria de massas que usamos -, podemos reunir 100 ou mais extratos de plantas de uma só vez e obter uma matriz de dados representando putativamente mais de mil substâncias químicas", disse Padilla.
Modelos análogos ao descrito no artigo podem ser empregados para obter "impressões metabólicas" de outras plantas com a finalidade de mapear sua origem geográfica, destaca Batista da Costa.
"Esse novo modelo poderá ser usado na agricultura, com plantas medicinais ou até mesmo pela polícia, para identificar, por exemplo, a origem da maconha consumida em uma determinada região", disse.
O estudo está relacionado ao Projeto Temático da FAPESP "Estudos morfoanatômicos, metabolômicos e moleculares como subsídios à sistemática de espécies de Asteraceae e acesso ao seu potencial farmacológico" (http://www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/35260).
O biólogo Mauricio Diazgranados (http://mauricio-diazgranados.com/), do Royal Botanic Gardens, Kew, no Reino Unido, colaborou com a pesquisa fornecendo material coletado por mais de três anos em páramos na Venezuela e Colômbia para seu doutorado em filogenia e taxonomia.