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Teosinte Pollen Drive (TPD) é um sistema genético egoísta em híbridos de milho-teosinto, que permite que apenas pólen com toxina e antídoto sobrevivam. Aqui, vemos a parte produtora de pólen do híbrido de milho-teosinto. Crédito: Jon Cahn/Martienssen lab
Pesquisadores do Laboratório Cold Spring Harbor rastrearam a domesticação do milho até suas origens, há 9.000 anos, destacando seu cruzamento com o teosinto mexicana para adaptabilidade ao frio.
A descoberta de um mecanismo genético conhecido como Teosinte Pollen Drive pelo Professor Rob Martienssen fornece um elo crítico na compreensão da rápida adaptação e distribuição do milho pela América, lançando luz sobre processos evolutivos e potenciais aplicações agrícolas.
Cientistas do Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) começaram a desvendar um mistério que se forma há milênios. Nossa história começa há 9.000 anos. Foi então que o milho foi domesticado pela primeira vez nas terras baixas mexicanas. Cerca de 5.000 anos depois, a cultura cruzou com uma espécies das terras altas mexicanas chamadas teosinto mexicano. Isso resultou em adaptabilidade ao frio. Daqui, o milho se espalhou pelo continente, dando origem ao vegetal que agora é uma parte tão grande de nossas dietas. Mas como ele se adaptou tão rapidamente? Quais mecanismos biológicos permitiram que as características da cultura das terras altas se firmassem? Hoje, uma resposta potencial surge.
Insights genéticos de um híbrido incomum
O professor do CSHL e pesquisador do HHMI, Rob Martienssen, estava estudando ARN interferência, o processo de pequenos RNAs silenciando genes, por mais de 20 anos quando o pesquisador da Universidade de Wisconsin Jerry Kermicle estendeu a mão com uma observação curiosa. Seus experimentos cruzando híbridos de teosinto semi-estéreis com milho tradicional fizeram com que seus descendentes se comportassem de forma muito incomum. Com herança normal, os descendentes deveriam eventualmente se tornar completamente estéreis ou férteis. Mas não importa quantas vezes Kermicle cruzasse os híbridos com milho, todos os descendentes também eram semi-estéreis. O que estava acontecendo?
TPD garante que certas características sejam sempre transmitidas ao envenenar algumas células reprodutivas com uma toxina e dar o antídoto a outras. Esquerda: Milho semi-estéril com apenas a toxina. Direita: Milho viável com a toxina e o antídoto. Crédito: Martienssen lab/Cold Spring Harbor Laboratory
A descoberta do impulso do pólen do teosinto
Para descobrir, Martienssen e o estudante de pós-graduação Ben Berube sequenciaram os genomas de centenas de grãos de pólen da prole semi-estéril. Eles descobriram que as mesmas seções do genoma do teosinto estavam presentes em cada um.
“Havia dois pedaços do genoma, um no cromossomo 5 e um no cromossomo 6, que eram sempre herdados. Isso nos disse que os genes responsáveis devem estar nessas regiões”, diz Martienssen.
Implicações para a agricultura e a evolução
No cromossomo 5, eles descobriram que um gene chamado Dicer-like 2 faz um grupo de pequenos RNAs que estão sempre em híbridos semi-estéreis, mas não no milho tradicional. Com essa descoberta, o laboratório de Martienssen foi capaz de identificar o que eles chamam de Teosinto Pólen Drive (TPD). Esse sistema genético “egoísta” elimina grãos de pólen concorrentes que não têm o gene drive. Ele faz com que híbridos de milho-teosinto passem certas características através dos machos com mais frequência do que das fêmeas. A descoberta pode ter implicações significativas para a indústria agrícola. Mas, aos olhos de Martienssen, a descoberta é ainda maior do que suas potenciais aplicações de controle de ervas daninhas.
“Estou mais animado com os aspectos evolutivos, o que isso pode significar para o processo de domesticação e como ele pode ter sido muito mais rápido do que pensávamos”, diz Martienssen.
Conectando o passado do milho ao presente
Se teosinto mexicano é o Neandertal do milho”, Martienssen pode ter descoberto em TPD O “elo perdido” do milho. A descoberta pode explicar como o milho prosperou na América, mas também por que certos pequenos RNAs são tão comuns em células de esperma de plantas e animais, incluindo as nossas.
Referência: 7 de agosto de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07787-1
Financiamento: Instituto Nacional de SaúdePrograma de Pesquisa do Genoma Vegetal da National Science Foundation, Instituto Médico Howard Hughes, National Science Foundation