Rosas devem os seus 'espinhos' a um único gene

Não há rosa sem espinhos, diz o ditado antigo. Mas, para os botânicos, não há rosa com espinhos: as estruturas pontiagudas em seu caule são chamadas de acúleos e são biologicamente distintas dos espinhos rígidos e lenhosos de outras plantas.

Os espinhos são um exemplo notável de evolução se repetindo. Nos últimos 400 milhões de anos, as plantas os evoluíram 28 vezes. Rosas crescem "espinhos" em seus caules, enquanto outras os cultivam em suas folhas ou frutos.

Um novo estudo publicado no dia 1º deste mês na revista Science lança alguma luz sobre como as plantas evoluíram espinhos do zero tantas vezes: cada uma das espécies aproveitou um único gene. A descoberta abre a possibilidade de alterar o DNA das plantas para remover seus espinhos, tornando algumas plantas selvagens mais fáceis de cultivar como culturas.

O geneticista de plantas Zachary Lippman, do Laboratório Cold Spring Harbor, nos Estados Unidos, ficou curioso sobre espinhos quando estudava um grupo de culturas que inclui batatas, tomates e berinjelas. Embora esse grupo esteja livre de espinhos, alguns de seus parentes selvagens estão cobertos por eles.

Os primeiros agricultores, pensou ele, devem ter eliminado os espinhos das plantas selvagens conforme começaram a usá-las para cultivo. "Quem quer cultivar berinjelas que você pode comer se houver esses espinhos te cutucando o tempo todo?", ele perguntou.

A perda de espinhos levou Lippman e seus colegas a se perguntarem como os espinhos haviam evoluído em primeiro lugar. É provável que eles tenham surgido em muitas plantas como defesa contra animais que as devorariam. Mas também podem servir para outros propósitos. Algumas plantas recorrem a eles para se prender em superfícies enquanto sobem. Algumas gramíneas selvagens os utilizam para fixar suas sementes no pelo de animais que passam.

Charles Darwin reconheceu que o mesmo traço pode evoluir muitas vezes ao longo da história da vida —um processo conhecido como convergência. Morcegos e pássaros, por exemplo, evoluíram asas para voar. Porém seguiram caminhos evolutivos diferentes para o mesmo fim: as asas dos morcegos evoluíram como membranas que cresceram entre seus dedos, enquanto as dos pássaros são feitas de penas.

Para entender como as plantas convergiram para espinhos, Lippman e seus colegas cruzaram uma variedade de berinjela domesticada com seu parente selvagem e espinhoso. Alguns dos híbridos possuíam muitos espinhos, enquanto outros não tinham nenhum.

Ao comparar o DNA das plantas, os cientistas descobriram que uma variante específica de um gene chamado LOG era carregada apenas por plantas com espinhos. Os botânicos já sabiam há muito tempo que esses genes ajudam a produzir um hormônio que sinaliza para as células das plantas crescerem. Mas na berinjela selvagem uma versão especial dele permitia o crescimento dos espinhos.

Lippman realizou o mesmo experimento com outros dois tipos de berinjelas, cruzando-os com seus parentes selvagens. Observou-se, então, que uma variante do LOG era responsável pelos espinhos nas plantas selvagens.

"Descobrimos que era o mesmo gene que havia acumulado mutações independentemente em todas as três linhagens para perder esses espinhos", disse Lippmann.

Pode parecer intrigante que a mutação de um gene LOG possa remover os espinhos sem prejudicar a berinjela como um todo. Afinal, esses genes são conhecidos por serem essenciais para o crescimento de todas as plantas.

Acontece que as plantas evoluíram muitas cópias dos genes LOG ao longo de milhões de anos. Lippman e seus colegas cogitaram que uma cópia desse gene evoluiu nos ancestrais selvagens das berinjelas para produzir espinhos, enquanto as outras versões continuaram com sua função original de ajudar as plantas a crescer.

Ele e seus colegas se perguntaram se os genes LOG eram importantes para os espinhos em outras plantas também. Em dezenas de espécies, descobriram evidências da mesma ligação. Bloquear um gene LOG em rosas, por exemplo, interferiu no desenvolvimento dos "espinhos".

Os novos achados poderiam ajudar os cientistas a transformar plantas selvagens em cultivos domesticados, segundo Lippman. Ele e seus colegas testaram essa possibilidade em uma planta selvagem australiana cujo fruto normalmente é espinhoso. Depois que os pesquisadores retiraram o gene LOG de seu DNA, ele ficou livre de espinhos.

A bióloga evolutiva Vivian Irish, da Universidade de Yale, que não esteve envolvida no novo estudo, disse que o trabalho mostrou que a convergência pode ocorrer de uma maneira que Darwin não previu. Cada vez que os espinhos surgiram, as plantas não evoluíram uma maneira totalmente nova de produzi-los. Elas apenas reutilizaram o mesmo gene repetidamente.

"A inovação em muitos casos pode simplesmente refletir a reutilização de genes antigos de novas maneiras", disse Irish.