Genomas de Espécies Únicas de Hortelã Revelados

A família das menta, conhecida cientificamente como Lamiaceae, é um dos maiores grupos de plantas. Essa família inclui várias espécies que são importantes por suas utilizações medicinais, aromáticas e decorativas. Dentre essas espécies, as do grupo Nepetoideae são bem conhecidas por produzirem terpenoides. Esses são compostos encontrados em muitas plantas e frequentemente são extraídos para óleos essenciais ou usados na medicina herbal tradicional. Exemplos populares desse grupo incluem hortelã, lavanda, melissa e catnip. Os cheiros únicos dessas plantas vêm dos terpenoides que elas produzem. Por conta da sua importância em várias áreas, tem rolado um monte de interesse em estudar essa família de plantas, incluindo os Genomas de 36 espécies diferentes.

#Novas Montagens de Genoma

Neste artigo, a gente fala sobre as montagens de genoma de duas espécies do grupo Nepetoideae: Drepanocaryum sewerzowii e Marmoritis complanata. A M. complanata é encontrada nas Montanhas Himalaya-Hengduan, uma área especial conhecida pela sua rica biodiversidade. Essa região tem condições severas, o que significa que plantas como a M. complanata precisam controlar como germinam para sobreviver. A M. complanata também é usada na medicina tradicional para várias questões de saúde, como problemas digestivos e de pele. Por outro lado, a D. sewerzowii é nativa de uma área ampla que inclui Irã, Ásia Central e Paquistão. É o único membro do seu gênero.

Ambas as espécies pertencem a uma subtribo chamada Nepetinae, que faz parte da família das menta. Essa subtribo inclui cerca de 375 espécies em 9 a 12 gêneros diferentes. O gênero mais conhecido é Nepeta, que contém entre 200 e 300 espécies. Outros gêneros relacionados incluem Dracocephalum, Hymenocrater, Lophanthus, Agastache e Schizonepeta. A relação da M. complanata e da D. sewerzowii com outras espécies do grupo, como catnip e Agastache rugosa, motivou o estudo de seus genomas.

#Condições de Crescimento das Plantas

Para esse estudo, as sementes de D. sewerzowii foram obtidas de um banco de sementes no Reino Unido, enquanto sementes de M. complanata foram coletadas de um local específico na China. As sementes foram germinadas em condições controladas usando ágar de água em uma sala de crescimento. A sala tinha um ciclo de luz e temperatura definidos, o que ajudou as sementes a brotarem. Após a germinação, as mudas foram transferidas para vasos com terra específica para ajudar no crescimento. Uma vez que as plantas estavam estabelecidas, uma delas foi escolhida para ser mantida como uma população clonal através de estacas.

#Estimativa do Tamanho do Genoma

Para estimar o tamanho do genoma, foi utilizada a citometria de fluxo. Esse método envolveu preparar uma referência padrão usando tecido de catnip. Um citômetro de fluxo especial mediu o DNA nas amostras de plantas. Esse processo permitiu que os cientistas estimassem o tamanho do genoma da D. sewerzowii em cerca de 330 megabases.

#Extração e Sequenciamento de DNA

DNA de alta qualidade foi extraído de tecido foliar jovem de ambas as espécies usando um kit específico de extração de DNA. A pureza e a concentração do DNA foram verificadas para garantir que eram adequadas para sequenciamento. Os cientistas se concentraram em eliminar fragmentos pequenos de DNA para obter uma amostra de alta qualidade. O sequenciamento foi feito usando tecnologias da Oxford Nanopore, que permite a geração de leituras longas de DNA. O DNA foi sequenciado em várias corridas para obter dados abrangentes.

Para a D. sewerzowii, o sequenciamento gerou uma grande quantidade de dados, resultando em um comprimento total de montagem de cerca de 333,75 megabases. A montagem passou por um processo de polimento, que corrige erros e garante a qualidade da sequência. Isso levou a um genoma mais completo e preciso.

Para a M. complanata, diferentes métodos de sequenciamento foram testados para melhorar a montagem do genoma. Os dados obtidos sugeriram que havia muitas Sequências duplicadas, indicando a presença de haplotigs, que são partes do genoma de uma única versão de um gene. A montagem final para a M. complanata foi de cerca de 258 megabases após combinar e refinar os dados.

#Montagem e Anotação

As montagens de genoma mostraram que ambas as espécies tinham uma proporção significativa de seu genoma composta por repetições. Para a D. sewerzowii, cerca de 62% do genoma era formado por sequências repetidas, enquanto a M. complanata tinha cerca de 53% de repetições. A maioria dessas repetições eram long terminal repeats, que são um tipo de sequência de DNA repetitiva.

Depois de identificar essas repetições, os cientistas focaram na anotação dos genomas, que envolve identificar as localizações dos Genes dentro do genoma. Eles previram regiões gênicas em ambas as espécies, resultando em cerca de 24.221 regiões gênicas para a D. sewerzowii e 25.080 para a M. complanata. A análise BUSCO, que é um método para avaliar a completude das anotações gênicas, indicou um alto nível de completude para ambos os genomas.

O sequenciamento de RNA também foi realizado para estudar a expressão gênica em diferentes tecidos vegetais. Essa análise revelou que uma grande proporção dos genes previstos estava sendo ativamente expressa, o que é um bom indicador da funcionalidade deles na planta.

#Comparando Estruturas de Genoma

Os cientistas também compararam as montagens de genoma da D. sewerzowii e da M. complanata com outras espécies relacionadas. Isso envolveu examinar a estrutura dos genomas para encontrar áreas conservadas, conhecidas como macrosintenia, entre as espécies. Os resultados mostraram que ambas as espécies tinham semelhanças na estrutura do genoma com uma espécie chamada Agastache rugosa, enquanto a Marmoritis complanata apresentou algumas características únicas.

As relações filogenéticas-o modo como as espécies estão relacionadas umas às outras-também foram examinadas. A análise usou modelos gênicos derivados dos genomas para inferir uma árvore das espécies. Os resultados sugeriram que a D. sewerzowii está intimamente relacionada à M. complanata e outros gêneros dentro da família das menta. Essa informação ajuda a construir uma imagem mais clara de como essas plantas evoluíram e suas relações entre si.

#Importância das Descobertas

As montagens de genoma apresentadas neste estudo são significativas, pois fornecem insights importantes sobre a família das menta. Com a rápida taxa em que as montagens de genoma de plantas estão sendo geradas, essas descobertas contribuem para nossa compreensão da genética e evolução das plantas. As anotações de genes e repetições, junto com os estudos de expressão, oferecem um recurso valioso para pesquisadores interessados em genômica comparativa.

Esse trabalho não só adiciona ao crescente conhecimento sobre a família das menta, mas também serve como uma base para estudos futuros. Ao examinar as mudanças evolutivas que levaram à diversidade de compostos especializados na família Lamiaceae, os pesquisadores podem aprender mais sobre como as plantas se adaptam e prosperam em diferentes ambientes.

#Conclusão

As montagens de genoma da D. sewerzowii e da M. complanata representam passos significativos para entender a família das menta. Essas montagens oferecem detalhes sobre a composição genética dessas espécies, ao mesmo tempo em que destacam suas relações com outras plantas da família. Os insights obtidos dessa pesquisa ajudarão a guiar novas explorações sobre as características únicas dessas plantas e suas potenciais utilizações na medicina e horticultura.