Genomas tardígrados revelam segredos de sobrevivência extrema

Os tardígrados podem ser os últimos sobreviventes da natureza. Embora seja fácil ignorar estes animais pequenos e quase transparentes, eles representam um grupo diversificado que colonizou com sucesso ambientes de água doce, marinhos e terrestres em todos os continentes, incluindo a Antártida.

Conhecidos como “ursos d’água”, essas criaturas incomuns podem estar entre os organismos mais resistentes do planeta graças à sua capacidade incomparável de sobreviver em condições extremas, com vários… Classificar Sendo resistente à seca, altas doses de radiação, ambientes com baixo oxigênio e altas e baixas temperaturas e pressões.

Embora muitos genes tenham sido propostos para contribuir para esta tolerância extrema, uma compreensão abrangente das origens e da história destas adaptações únicas permaneceu indefinida. Em um novo estudo publicado em Biologia e evolução do genomacientistas do Instituto de Biociências Avançadas da Universidade Keio Universidade de Oslo Museu de História Natural, e Universidade de Bristol Revela uma rede surpreendentemente complexa de duplicações e perdas genéticas associadas à extrema resistência dos tardígrados, destacando a complexa paisagem genética que impulsiona a ecologia dos tardígrados modernos.

Compreendendo as famílias de genes tardígrados

Como forma de extrema resistência, os tardígrados podem sobreviver à desidratação quase completa entrando em um estado de diapausa denominado anidrobiose.qualquer, Vida sem água), permitindo-lhes parar reversivelmente o seu metabolismo. Descobriu-se anteriormente que várias famílias de genes específicos do tardígrado estavam associadas à ahidrobiose.

Três dessas famílias de genes são referidas como CEu te imploro, MMitocôndrias e éSecretado aAmplo HEle come éProteínas solúveis (CAHS, MAHS e SAHS, respectivamente) com base na localização celular em que as proteínas são expressas. Alguns tardígrados parecem ter uma via diferente, envolvendo duas famílias de proteínas abundantes e solúveis em calor que foram identificadas pela primeira vez nos tardígrados. Teste de Equinesus Eles são geralmente chamados de EtAHS alfa e beta.

Imagem de um tardígrado Ramazotius variornato, no meio da linhagem CAHS, é a maior das seis famílias de proteínas associadas à seca analisadas neste estudo. Crédito: Kazuharu Arakawa, Instituto Keio de Biociências Avançadas

Os tardígrados também possuem genes de resistência ao estresse que podem ser encontrados em animais mais amplos, como o gene da recombinação meiótica 11 (MRE11), que tem sido implicado na tolerância à seca em outros animais. Infelizmente, desde a identificação destas famílias de genes, a informação disponível sobre a maioria das linhagens tardígradas é limitada, tornando difícil tirar conclusões sobre as suas origens, história e implicações ecológicas.

Investigação da evolução dos tardígrados

Para melhor esclarecer a evolução da extrema tolerância dos tardígrados, os autores do novo estudo – James Fleming, David Pisani e Kazuharu Arakawa – identificaram sequências destas seis famílias de genes em 13 géneros de tardígrados, incluindo representantes de cada um dos principais linhagens tardígradas. Eutardígrados e Heterotardígrados. Sua análise revelou 74 sequências CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alfa, 18 EtAHS beta e 21 sequências MRE11, permitindo-lhes construir as primeiras filogenias tardígradas para essas famílias de genes.

Uma vez que a resistência à seca provavelmente surgiu como uma adaptação aos ambientes terrestres, os investigadores levantaram a hipótese de que encontrariam uma ligação entre a duplicação e perda de genes nestas famílias de genes e as mudanças de habitat nos tardígrados. “Quando iniciamos o trabalho, esperávamos descobrir que cada clado estaria claramente agrupado em torno de versões antigas, com poucas perdas independentes. Isso nos ajudaria facilmente a ligá-los à compreensão dos habitats modernos e da ecologia”, diz o principal autor do estudo, James Fleming. “É uma hipótese intuitiva que a evolução da transcrição destes genes relacionados com a seca deveria, em teoria, conter vestígios da história ambiental destes organismos, embora, na realidade, isto acabe por ser uma simplificação excessiva.”

Em vez disso, os investigadores ficaram surpresos com o enorme número de cópias independentes de genes solúveis em calor, que pintaram um quadro mais complexo da evolução dos genes relacionados com a anidrobiose. No entanto, vale a pena notar que não houve uma ligação clara entre espécies anidrobiológicas fortes e o número de genes anidrobiologicamente relacionados que uma espécie possui. “O que descobrimos foi muito mais emocionante”, diz Fleming, “uma rede complexa de ganhos e perdas independentes que não estão necessariamente ligados aos ambientes das espécies terrestres modernas”.

Adaptações autônomas em linhagens tardígradas

Embora não houvesse relação entre a duplicação genética e o ambiente dos tardígrados, o estudo forneceu informações cruciais sobre as principais transformações que levaram à aquisição da ahidrobiose. As distribuições distintas de famílias de genes nos dois principais grupos de tardígrados – CAHS, MAHS e SAHS em Eutardígrados e EtAHS alfa e beta em Heterotardígrados – sugerem que duas transições independentes de ambientes límpidos marinhos para terrestres ocorreram dentro de tardígrados, uma vez no ancestral Eutardígrado e uma vez em Dentro dos Heterotardígrados.

Esta pesquisa representa um importante passo em frente na nossa compreensão da evolução da ahidrobiose nos tardígrados. Também fornece uma base para estudos futuros sobre tolerância extrema ao tardígrado, o que exigirá o desenvolvimento contínuo de recursos genômicos de linhagens tardígradas mais diversas.

“Infelizmente, não temos representantes de diversas famílias importantes, como os Isohypsibiidae, e isso limita até que ponto podemos manter as nossas conclusões”, diz Fleming. “Com mais amostras de tardígrados de água doce e marinhos, seremos mais capazes de estimar as adaptações dos membros do grupo terrestre.” Infelizmente, alguns tardígrados podem ser particularmente evasivos, representando um grande obstáculo para tais estudos. Por exemplo, Tanarctus populus, um dos tardígrados favoritos de Fleming, é tão pequeno que não pode ser visto a olho nu e só é encontrado em sedimentos no Oceano Atlântico Norte, a profundidades de cerca de 150 metros. “Esperamos que as iniciativas de sequenciação em grande escala através do Projeto Biogenoma da Terra preencham de forma constante esta lacuna na nossa compreensão, e estou entusiasmado por ver isso continuar”, diz Fleming.

Referência: “Evolução das famílias de proteínas relacionadas à temperatura e à seca em tardígrados revela aquisição complexa de tolerância extrema” por James F. Fleming, David Pisani e Kazuharu Arakawa, 29 de novembro de 2023, Biologia e evolução do genoma.
doi: 10.1093/jpe/evad217