Desembaraçando as raízes dos genomas das plantas

As plantas verdes desempenham um papel fundamental nos ecossistemas, na saúde humana e na agricultura. Como os genomas de novo estão sendo gerados para todas as espécies eucarióticas conhecidas, conforme defendido pelo Earth BioGenoma Project, é essencial aumentar as informações genômicas sobre plantas terrestres verdes. No entanto, estabelecer padrões para a geração e armazenamento do complexo conjunto de genomas que caracterizam a linhagem verde da vida é um grande desafio para os cientistas de plantas. Esses padrões precisarão acomodar a imensa variação no tamanho do genoma de plantas verdes, conteúdo de elementos transponíveis e complexidade estrutural, permitindo pesquisas sobre os processos moleculares e evolutivos que resultaram nessa enorme variação genômica. Aqui nós fornecemos uma visão geral e avaliação do estado atual do conhecimento dos genomas de plantas verdes.

Até o momento, menos de 300 conjuntos completos de genoma em escala de cromossomos, representando menos de 900 espécies, foram gerados nas estimadas 450.000 a 500.000 espécies no clado de plantas verdes. Esses genomas variam em tamanho de 12 Mb a 27,6 Gb e são tendenciosos para culturas agrícolas com grandes ramos da árvore verde da vida intocada pelo sequenciamento em escala genômica. A localização de amostras adequadas de tecidos da maioria das espécies de plantas, especialmente aquelas de ambientes extremos, continua sendo um dos maiores obstáculos para aumentar nosso inventário genômico. Além disso, a anotação de genomas de plantas está atualmente passando por melhorias intensivas. É nossa esperança que esta nova visão geral ajude no desenvolvimento de padrões de qualidade genômica para uma síntese coesa e significativa de genomas de plantas verdes à medida que escalamos para o futuro.

A pesquisa publicada recentemente na Proceedings of the National Academy of Sciences destaca o progresso da genômica de plantas e inclui um roteiro para a enorme tarefa de sequenciar os genomas de plantas em todo o mundo, ressaltando a importância desse enorme esforço.

“Quase meio milhão de espécies de plantas habitam a Terra hoje e os segredos para entender quase tudo sobre elas estão escondidos nas sequências de seu DNA (o genoma da planta)”, disse o Dr. W. John Kress, autor sênior do artigo e Curador Emérito do Smithsonian. “As plantas são a base dos ambientes em todo o planeta e decifrar seus genomas será um divisor de águas para entender quase todos os aspectos de nossas próprias vidas, desde melhorar alimentos e medicamentos até inspirar artistas e aumentar a estabilidade do ecossistema”.

O esforço necessário para sequenciar genomas de plantas não é tarefa fácil, mas é o objetivo do Earth BioGenoma Project, “um ‘moonshot’ para a biologia, [que] visa sequenciar, catalogar e caracterizar os genomas de toda a biodiversidade eucariótica da Terra [incluindo plantas, animais e fungos] durante um período de dez anos.” O artigo, um dos dez publicados esta semana em uma edição especial do PNAS , é de co-autoria de um grupo internacional de cientistas de plantas e traça um mapa que ajudará pesquisadores de todo o mundo a atingir essa meta ambiciosa.

O genoma de um organismo contém todas as instruções necessárias para realizar os processos da vida e não deve surpreender que os genomas sejam extremamente complexos. Sequenciar e montar genomas inteiros permitirá que os pesquisadores entendam como as espécies estão relacionadas e evoluíram de outras espécies; como eles desempenham funções biológicas essenciais; e como eles interagem e respondem a seus ambientes. O sequenciamento de genomas de plantas inteiras é especialmente complicado em comparação com outros grupos de organismos por várias razões, mas principalmente porque existem tantas espécies de plantas e elas têm genomas altamente variáveis ​​e muitas vezes extremamente complexos.

Considere que, até a data de hoje, existem apenas 883 sequências genômicas inteiras disponíveis para plantas verdes, em comparação com 2.019 sequências genômicas inteiras disponíveis para vertebrados; no entanto, existem mais de 400.000 espécies de plantas verdes em comparação com apenas 73.340 espécies de vertebrados.

A variação no tamanho do genoma entre as plantas também é surpreendente – algumas plantas têm um genoma tão pequeno quanto apenas 65.000 nucleotídeos individuais (as moléculas que compõem os quatro “pares de bases” no código genético) e tão grande quanto quase 150 bilhões de nucleotídeos. Há uma incrível complexidade envolvida na compreensão dos genomas das plantas.

Desembaraçar essa complexidade está na raiz deste artigo. Os autores apresentam um roteiro que ajudará a comunidade científica global a coletar amostras usando novas parcerias, como a Global Genome Initiative for Gardens e a Global Genome Biodiversity Network, bem como os mais recentes avanços em software e tecnologia que ajudarão os pesquisadores a sequenciar e montar plantas altamente complexas genomas. Com essa nova perspectiva, os botânicos poderão avançar no sequenciamento do genoma das plantas como nunca antes