Um novo estudo em Relatórios Científicos revela diferenças significativas na região organizadora do nucléolo (NOR) dos genomas da castanha americana e chinesa. Esta disparidade desafia suposições sobre a sua compatibilidade na hibridização para resistência à praga.
Implicações potenciais para a restauração e resistência à ferrugem da castanha americana.
Afinal, os cromossomos das castanhas americanas e chinesas não são tão semelhantes, pelo menos em uma região-chave do genoma – a região organizadora do nucléolo (NOR).
A descoberta, publicada hoje (15 de janeiro) em artigo no Relatórios Científicostem implicações importantes para qualquer pessoa que pretenda conferir resistência à ferrugem às castanhas americanas através da hibridização com a castanha chinesa.
“Esta é uma descoberta sem precedentes no campo da citologia vegetal”, diz Nurul Faridi, geneticista do Serviço Florestal e principal autor do estudo.
Compreendendo a reprodução retrocruzada
Melhoramento tradicional de retrocruzamento, envolvendo hibridização entre dois espécies, visa combinar uma mistura ideal de características de duas espécies sem engenharia genética. A reprodução retrocruzada só pode ter sucesso quando os cromossomos de ambas as espécies são compatíveis. Como os híbridos de castanha sino-americana são viáveis, as pessoas presumiram que as duas espécies são altamente compatíveis. Mas o novo estudo revela diferenças significativas na RNO das duas espécies.
O castanheiro é uma árvore caducifólia de madeira nobre conhecida pelas suas folhas grandes e serrilhadas e pela produção de castanhas comestíveis. Pertence ao gênero Castanea e é nativo de várias regiões do mundo, incluindo Europa, Ásia e América do Norte. Os castanheiros podem atingir alturas impressionantes e são valorizados pela sua madeira e pelas deliciosas nozes que produzem. Essas árvores desempenharam um papel significativo na história da humanidade, fornecendo sustento e madeira para diversos fins.
O papel da NOR
A NOR faz parte de todas as células vegetais e animais. Ele carrega as instruções genéticas para a produção de ribossomos – as máquinas moleculares que produzem as proteínas essenciais à vida.
A NOR está localizada próximo ao final do braço curto de um cromossomo específico. Está presente em ambas as espécies, mas na castanha chinesa é embalado com uma espécie de ADN conhecida como heterocromatina e constitui cerca de 25% do cromossomo. A estrutura e composição deste DNA surpreenderam os pesquisadores – é altamente condensado, sem conteúdo genético e transcricionalmente inativo. Em contraste, o satélite castanho americano é muito pequeno e parece ser eucromático. As regiões eucromáticas do DNA são transcricionalmente ativas.
Revelando a descoberta
Faridi notou pela primeira vez um pequeno par de cromossomos de castanha chinesa exibindo fluorescência muito brilhante com um microscópio especializado, um filtro UV e um corante que se liga ao DNA.
Faridi usou uma técnica chamada hibridização fluorescente in situ (FISH) para analisar melhor a descoberta.
“Nossas imagens FISH de alta qualidade fornecem evidências inequívocas deste arranjo único de DNA”, diz Faridi. “Essas imagens não são apenas fotos; eles são uma prova da natureza dinâmica do material genético.”
Satélite cromossômico para ambas as espécies (castanha chinesa à esquerda, castanha americana à direita). Como todos os cromossomos, estes são feitos de cromatina – uma mistura de moléculas de DNA e proteínas. Existem vários tipos de cromatina. A ponta azul brilhante na castanha chinesa indica DNA heterocromático, e a cor roxa mais clara na ponta pode representar o DNA eucromático. Toda a região do satélite castanho americano parece ser eucromática. Crédito: Imagem do Serviço Florestal do USDA por Nurul Faridi
Faridi trabalha com FISH desde 1991 e possui vasta experiência na preparação de cromossomos de plantas para análises. Cromossomos bem separados de pontas de raízes digeridas enzimaticamente que estão em sua maioria livres de paredes celulares, membranas nucleares e detritos citoplasmáticos são melhores para FISH.
A maioria das imagens FISH é obtida a partir de células animais, uma vez que as células vegetais, e especialmente as árvores, são mais difíceis de trabalhar. Faridi descobriu que as castanhas são muito mais difíceis de trabalhar do que o pinheiro e o choupo.
A estrada à frente
Os pesquisadores usarão uma técnica chamada oligonucleotídeo FISH para investigações adicionais. Oligo-FISH utiliza sondas curtas de DNA específicas adquiridas a partir de sequenciamento de DNA. Uma vez que todos os genomas da castanha americana e chinesa foram sequenciados, o oligo-FISH permitirá aos investigadores fazer estudos genéticos detalhados que irão discernir diferenças genómicas subtis. A técnica é especialmente útil para estudar híbridos, pois pode indicar de qual pai vem um gene.
Progresso em direção à resistência à praga
O progresso no desenvolvimento de híbridos de castanha americana com a altura da castanha americana e a resistência à ferrugem da castanha chinesa tem sido significativo. No entanto, os híbridos mais avançados não possuem atualmente resistência suficiente à ferrugem para restauração, como o Serviço Florestal anterior pesquisar mostrou.
Referência: “Caracterização citomolecular do rDNA e da composição da cromatina no satélite associado à NOR em Chestnut (Castanea spp.)” 15 de janeiro de 2024, Relatórios Científicos.
DOI: 10.1038/s41598-023-45879-6
Além de Faridi e C. Dana Nelson, da Estação de Pesquisa Sul do Serviço Florestal do USDA, a equipe de genética incluiu pesquisadores da Texas A&M University, da Pennsylvania State University, da University of Kentucky e da American Chestnut Foundation.
