Pesquisa investiga genética de árvores como subsídio à conservação
Araras, Sorocaba, São Carlos
A ciência já demonstrou que o clima exerce um controle dominante sobre a distribuição geográfica natural das espécies animais e vegetais na superfície terrestre e que a variação do clima é um dos principais fatores que modela a distribuição dos biomas, bem como sua produtividade. As espécies apresentam características e adaptações que as permitem estabelecer, crescer e reproduzir sobre determinadas condições climáticas e, portanto, a variação dessas condições interfere diretamente no funcionamento de seus organismos, comportamento e ciclo de vida.
Desta forma, que as mudanças climáticas estão afetando os ecossistemas terrestres já é consenso entre ambientalistas do mundo todo. As consequências do aumento das emissões de gases do efeito estufa na atmosfera sobre a perda da biodiversidade são bem conhecidas e têm recebido atenção considerável de pesquisadores nacionais e internacionais. Porém, pouco se conhece dos efeitos das variações do clima sobre a estruturação genética populacional das espécies vegetais.
Nesse contexto, com o objetivo de avaliar como a estrutura genética das populações está associada a gradientes climáticos e a influência genômica na habilidade da espécie em sobreviver às mudanças climáticas, a professora Karina Martins, do Departamento de Biologia (DBio), no Centro de Ciências Humanas e Biológicas (CCHB) do Campus Sorocaba da UFSCar, desenvolveu, entre setembro de 2014 e dezembro de 2015, pesquisa de pós-doutorado na Universidade da Califórnia (UCLA), em Los Angeles, sob supervisão da pesquisadora Victoria Sork, uma das pioneiras no uso da abordagem da Genômica da Paisagem em espécies florestais.
A Genômica da Paisagem é definida como o estudo dos padrões geográficos da variação genética em escala genômica. Por essa abordagem, é possível examinar, simultaneamente, os efeitos da história demográfica, da migração e da seleção natural nas populações por meio da identificação de regiões genômicas associadas a fenótipos (características observáveis dos organismos) relacionados com a adaptação local. Buscamos compreender como a diversidade genômica de determinadas espécies vegetais está distribuída em diferentes territórios e paisagens e relacionar essa variabilidade genética com as mudanças climáticas, explica Martins.
Nos últimos anos, a facilidade de acesso às tecnologias de sequenciamento genético de última geração abriu possibilidades até então inéditas em estudos genômicos e permitiu que novas questões em Genética da Conservação pudessem ser respondidas, como por exemplo, qual a base genética que viabiliza a adaptação das espécies a diferentes habitats. Hoje, podemos identificar quais regiões genômicas associadas a gradientes ambientais e climáticos, que respondem à seleção natural e possibilitam a adaptação local, explica a pesquisadora da UFSCar.
A genética do carvalho
Durante o estágio de pós-doutorado na Califórnia, Martins atuou com um grupo de pesquisadores no sentido de investigar a constituição genética de uma espécie de carvalho popular no México buscando identificar quais genes poderiam estar envolvidos no mecanismo fisiológico de adaptação e de resistência às mudanças climáticas.
Para o estudo, foi coletado material genético de 105 árvores da mesma espécie, mas de 17 populações diferentes, ou seja, de 17 regiões distintas com condições climáticas diversas entre si. O material genético completo das 105 árvores foi sequenciado e o DNA das plantas foi dividido em sequências de 100 pares de bases. Todas as milhares de sequências genômicas de cada árvore foram comparadas com um genoma referência, quando foi possível identificar, em cada uma das sequências de DNA, os genes e as posições genéticas que variavam de uma árvore para outra e quais dessas variações poderiam estar associadas ao clima ou impactadas por ele.
Identificamos 100 genes candidatos a estarem relacionados às mudanças climáticas, por meio da análise de associação com 19 variáveis bioclimáticas, como sazonalidade de precipitação e extremos de frio e calor; percebemos que os extremos de temperatura têm considerável efeito sobre a constituição genômica das árvores dessa espécie de carvalho. Ou seja, as plantas têm que apresentar constituição genética capaz de fazê-las adaptáveis a muito frio ou muito calor, explica Martins. Observou-se também que a combinação de temperaturas elevadas e poucas chuvas é bastante estressante para as árvores da espécie analisada que também são forçadas a se adaptar a grandes períodos de estiagem. No entanto, nem todos os representantes da espécie apresentam a constituição genética que permite a adaptação necessária.
A partir dessas constatações e considerando as mudanças já observáveis no clima do planeta e as previsões para o clima em 2050 com o aumento da temperatura em até 4 graus Celsius , a questão que intriga a pesquisadora da UFSCar é: a constituição genética das populações permitirá que elas sobrevivam ao novo clima? Quais têm condições genômicas de adaptação e sobrevivência?. Martins diz que há estudos apontando uma tendência de as formações florestais serem substituídas por uma vegetação mais arbustiva, diante do aumento da temperatura na Terra e dos períodos mais prolongados de seca. A seca ocasiona a quebra da coluna dagua das plantas que levam a água absorvida do solo pelas raízes até as folhas; com isso as espécies arbóreas, sobretudo as mais altas, não conseguem manter suas funções biológicas e acabam morrendo, explica a professora.
A Genômica da Paisagem pode potencialmente quantificar a capacidade das populações de se adaptarem a novas condições climáticas e guiar tanto a definição mais precisa de regiões prioritárias para a conservação, como a escolha de populações a serem priorizadas para coleta de sementes visando restauração florestal. Com os resultados da investigação sobre como a estrutura genética das populações pode influenciar a habilidade da espécie em sobreviver a mudanças climáticas, podemos pensar na definição de estratégias de conservação e manejo mais efetivas do ponto de vista da conservação em longo prazo, destaca Martins.
Estudos recentes já buscam associar os padrões de variação genética com variáveis climáticas, com o uso de ferramentas de geoestatística em dados genéticos, o que tem possibilitado a determinação precisa de áreas prioritárias para conservação, a partir do conhecimento sobre a história evolucionária da espécie. Parte-se da premissa de que o padrão de distribuição da variabilidade genética entre populações reflete a resposta da espécie a alterações climáticas passadas. Como consequência, é possível então predizer também a resposta futura da espécie a mudanças climáticas, afirma a pesquisadora da UFSCar.
Novas pesquisas
A partir da metodologia estabelecida para o estudo do carvalho, Karina Martins pretende empreender esforços de pesquisa sobre a castanheira-do-Brasil, árvore que ocorre ao longo de toda a bacia Amazônica, sujeita a um amplo gradiente de pluviosidade e sazonalidade. Praticamente toda a produção mundial de castanha-do-Brasil é oriunda do extrativismo em florestas nativas, representando uma atividade de grande importância econômica e social para comunidades tradicionais da Amazônia. Apesar de sua relevância ecológica, econômica e social, a diversidade genética ao longo de sua área de distribuição ainda não foi devidamente caracterizada. A abordagem de Genômica da Paisagem vai nos possibilitar estudar como a adaptação local influencia a estruturação da variabilidade genética e os resultados poderão nortear a definição de estratégias de conservação, já que será possível inferir sobre a história evolutiva da castanheira, sua distribuição geográfica atual e distribuição futura, além da identificação das populações mais vulneráveis às mudanças climáticas, afirma a pesquisadora.
De acordo com Martins, a maioria das pesquisas na área de genômica florestal realizadas no Brasil está restrita a poucos grupos focados em melhoramento florestal de espécies de interesse madeireiro, especificamente do gênero Eucalyptus. O fato de não haver no País grupos de pesquisa consolidados que atuem em genômica florestal com enfoque em ecologia e evolução nos motiva a ampliar a abordagem mais direcionada à conservação genética das espécies, finaliza a professora da UFSCar.
Desta forma, que as mudanças climáticas estão afetando os ecossistemas terrestres já é consenso entre ambientalistas do mundo todo. As consequências do aumento das emissões de gases do efeito estufa na atmosfera sobre a perda da biodiversidade são bem conhecidas e têm recebido atenção considerável de pesquisadores nacionais e internacionais. Porém, pouco se conhece dos efeitos das variações do clima sobre a estruturação genética populacional das espécies vegetais.
Nesse contexto, com o objetivo de avaliar como a estrutura genética das populações está associada a gradientes climáticos e a influência genômica na habilidade da espécie em sobreviver às mudanças climáticas, a professora Karina Martins, do Departamento de Biologia (DBio), no Centro de Ciências Humanas e Biológicas (CCHB) do Campus Sorocaba da UFSCar, desenvolveu, entre setembro de 2014 e dezembro de 2015, pesquisa de pós-doutorado na Universidade da Califórnia (UCLA), em Los Angeles, sob supervisão da pesquisadora Victoria Sork, uma das pioneiras no uso da abordagem da Genômica da Paisagem em espécies florestais.
A Genômica da Paisagem é definida como o estudo dos padrões geográficos da variação genética em escala genômica. Por essa abordagem, é possível examinar, simultaneamente, os efeitos da história demográfica, da migração e da seleção natural nas populações por meio da identificação de regiões genômicas associadas a fenótipos (características observáveis dos organismos) relacionados com a adaptação local. Buscamos compreender como a diversidade genômica de determinadas espécies vegetais está distribuída em diferentes territórios e paisagens e relacionar essa variabilidade genética com as mudanças climáticas, explica Martins.
Nos últimos anos, a facilidade de acesso às tecnologias de sequenciamento genético de última geração abriu possibilidades até então inéditas em estudos genômicos e permitiu que novas questões em Genética da Conservação pudessem ser respondidas, como por exemplo, qual a base genética que viabiliza a adaptação das espécies a diferentes habitats. Hoje, podemos identificar quais regiões genômicas associadas a gradientes ambientais e climáticos, que respondem à seleção natural e possibilitam a adaptação local, explica a pesquisadora da UFSCar.
A genética do carvalho
Durante o estágio de pós-doutorado na Califórnia, Martins atuou com um grupo de pesquisadores no sentido de investigar a constituição genética de uma espécie de carvalho popular no México buscando identificar quais genes poderiam estar envolvidos no mecanismo fisiológico de adaptação e de resistência às mudanças climáticas.
Para o estudo, foi coletado material genético de 105 árvores da mesma espécie, mas de 17 populações diferentes, ou seja, de 17 regiões distintas com condições climáticas diversas entre si. O material genético completo das 105 árvores foi sequenciado e o DNA das plantas foi dividido em sequências de 100 pares de bases. Todas as milhares de sequências genômicas de cada árvore foram comparadas com um genoma referência, quando foi possível identificar, em cada uma das sequências de DNA, os genes e as posições genéticas que variavam de uma árvore para outra e quais dessas variações poderiam estar associadas ao clima ou impactadas por ele.
Identificamos 100 genes candidatos a estarem relacionados às mudanças climáticas, por meio da análise de associação com 19 variáveis bioclimáticas, como sazonalidade de precipitação e extremos de frio e calor; percebemos que os extremos de temperatura têm considerável efeito sobre a constituição genômica das árvores dessa espécie de carvalho. Ou seja, as plantas têm que apresentar constituição genética capaz de fazê-las adaptáveis a muito frio ou muito calor, explica Martins. Observou-se também que a combinação de temperaturas elevadas e poucas chuvas é bastante estressante para as árvores da espécie analisada que também são forçadas a se adaptar a grandes períodos de estiagem. No entanto, nem todos os representantes da espécie apresentam a constituição genética que permite a adaptação necessária.
A partir dessas constatações e considerando as mudanças já observáveis no clima do planeta e as previsões para o clima em 2050 com o aumento da temperatura em até 4 graus Celsius , a questão que intriga a pesquisadora da UFSCar é: a constituição genética das populações permitirá que elas sobrevivam ao novo clima? Quais têm condições genômicas de adaptação e sobrevivência?. Martins diz que há estudos apontando uma tendência de as formações florestais serem substituídas por uma vegetação mais arbustiva, diante do aumento da temperatura na Terra e dos períodos mais prolongados de seca. A seca ocasiona a quebra da coluna dagua das plantas que levam a água absorvida do solo pelas raízes até as folhas; com isso as espécies arbóreas, sobretudo as mais altas, não conseguem manter suas funções biológicas e acabam morrendo, explica a professora.
A Genômica da Paisagem pode potencialmente quantificar a capacidade das populações de se adaptarem a novas condições climáticas e guiar tanto a definição mais precisa de regiões prioritárias para a conservação, como a escolha de populações a serem priorizadas para coleta de sementes visando restauração florestal. Com os resultados da investigação sobre como a estrutura genética das populações pode influenciar a habilidade da espécie em sobreviver a mudanças climáticas, podemos pensar na definição de estratégias de conservação e manejo mais efetivas do ponto de vista da conservação em longo prazo, destaca Martins.
Estudos recentes já buscam associar os padrões de variação genética com variáveis climáticas, com o uso de ferramentas de geoestatística em dados genéticos, o que tem possibilitado a determinação precisa de áreas prioritárias para conservação, a partir do conhecimento sobre a história evolucionária da espécie. Parte-se da premissa de que o padrão de distribuição da variabilidade genética entre populações reflete a resposta da espécie a alterações climáticas passadas. Como consequência, é possível então predizer também a resposta futura da espécie a mudanças climáticas, afirma a pesquisadora da UFSCar.
Novas pesquisas
A partir da metodologia estabelecida para o estudo do carvalho, Karina Martins pretende empreender esforços de pesquisa sobre a castanheira-do-Brasil, árvore que ocorre ao longo de toda a bacia Amazônica, sujeita a um amplo gradiente de pluviosidade e sazonalidade. Praticamente toda a produção mundial de castanha-do-Brasil é oriunda do extrativismo em florestas nativas, representando uma atividade de grande importância econômica e social para comunidades tradicionais da Amazônia. Apesar de sua relevância ecológica, econômica e social, a diversidade genética ao longo de sua área de distribuição ainda não foi devidamente caracterizada. A abordagem de Genômica da Paisagem vai nos possibilitar estudar como a adaptação local influencia a estruturação da variabilidade genética e os resultados poderão nortear a definição de estratégias de conservação, já que será possível inferir sobre a história evolutiva da castanheira, sua distribuição geográfica atual e distribuição futura, além da identificação das populações mais vulneráveis às mudanças climáticas, afirma a pesquisadora.
De acordo com Martins, a maioria das pesquisas na área de genômica florestal realizadas no Brasil está restrita a poucos grupos focados em melhoramento florestal de espécies de interesse madeireiro, especificamente do gênero Eucalyptus. O fato de não haver no País grupos de pesquisa consolidados que atuem em genômica florestal com enfoque em ecologia e evolução nos motiva a ampliar a abordagem mais direcionada à conservação genética das espécies, finaliza a professora da UFSCar.
24/10/2016
12:00:00
31/10/2016
0:01:00
João Eduardo Justi
Sim
Não
Estudante, Docente/TA, Pesquisador, Visitante
Professora Karina Martins. Foto: Divulgação
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