Quem vê alga, tem que ver DNA
A semelhança entre as espécies de algas vermelhas é principal dificuldade de sua identificação. Técnicas de DNA Barcode abriram um novo horizonte para a taxonomia deste grupo.
Das algas do mar uma coisa se tem certeza: há muito a se conhecer. A começar pela sua própria identificação. Por constituírem um grupo muito plástico, muitas vezes duas espécies de algas aparentemente iguais representam duas espécies.
O contrário também ocorre, indivíduos morfologicamente distintos que compõem a mesma espécie. Daí, já se pode imaginar a grande miscelânea taxonômica instituída neste importante grupo marinho responsável por quase metade da produção primária que ocorre no planeta.
As algas são fundamentais para a estrutura e funcionamento dos
ecossistemas marinhos a para os ciclos geoquímicos globais.
Elas desempenham um papel central no funcionamento dos ecossistemas, além de ter grande impacto sobre as tendências climáticas de longo prazo. Seus compostos são utilizados como aditivos alimentares, em aplicações farmacêuticas e microbiológicas. Apesar da relevância global das algas, há lacunas significativas no conhecimento das características genômicas responsáveis por suas funções mais importantes, bem como a evolução dos seus genomas.
No Brasil, o grupo que tem maior relevância em número de espécie são as rodofitas (Filo Rhodophyta). As rodofitas, ou simplesmente “algas vermelhas”, representam um filo com cerca de sete mil espécies principalmente marinhas (apenas 200 espécies são de água doce).
Entretanto, este número sobe a cada ano em decorrência de novas descrições de espécies. Estas algas são importantes fontes de ágar e carragenanos para a indústria farmacêuticas e indústria alimentícia (tais como meio de cultura para microrganismos, cápsulas, supositórios, anticoagulantes, filme fotográfico, sabonete, creme para mãos, gelatina, cremes, geleias, maioneses, entre outros). Há também alguns representantes de rodofitas que são capazes de depositar carbonato de cálcio ou aragonitas suas estruturas o que as tornam muito resistentes e com baixa flexibilidade.
As rodofitas calcárias são ecologicamente importantes, sobretudo por podem formar recifes de corais que abrigam uma grande diversidade de espécies marinhas além de serem fontes para extração de calcário, um tema que ainda é controverso em relação aos impactos ambientais desta atividade.
Outra questão ecológica e econômica ligada às algas vermelhas é a invasão biológica, que causa vários danos à biodiversidade nativa. Um exemplo é a alga nativa do Japão turu-turu (Grateloupia turuturu, Halymeniaceae) reconhecida como invasora em diversos lugares do mundo e já detectada em Santa Catarina. A confirmação do seu potencial invasor local na região é urgente para medidas de erradicação desta espécie o quanto antes.
Um estudo realizado pela Universidade de São Paulo investigou cinco grupos (Corallinophycidae, Halymeniales, Gracilariales, Gelidiales e o gênero Hypnea, da ordem Gigartinales) de macroalgas vermelhas marinhas de importância econômica ou ecológica e apontou que o número de espécies estava subestimado em razão do elevado número de espécies crípticas, isto é, indivíduos que aparentam ser da mesma espécie, mas não são.
O grupo de pesquisadores identificou cerca de 100 espécies das quais 6 foram espécies novas e exclusivas do Brasil.
A plasticidade fenotípica, convergência morfológica, necessidade de estruturas reprodutivas para identificação, entre outras são as principais dificuldades de identificação das algas vermelhas. A saída encontrada pelos pesquisadores para desfazer este grande nó foi lançar mão de técnicas de DNA Barcode, ou seja, sequências curtas de DNA, amplificadas e sequenciadas, que podem ser utilizadas na distinção e identificação de espécies. “O uso destas ferramentas tem se mostrado fundamental para o entendimento da diversidade de espécies, sua distribuição geográfica e afinidades filogenéticas”, explica Mariana Cabral de Oliveira, professora da USP.
As técnicas de DNA barcode foram utilizados para analisar centenas de amostras coletadas amplamente na costa do Brasil e, também em alguns casos, amostras do exterior para compreender melhor a diversidade de espécies desses grupos no Brasil e suas afinidades biogeográficas. A identificação de espécies de rodofitas se beneficia muito do uso desta técnica, já que nem sempre se coleta indivíduos em fase fértil, pois quando estruturas reprodutivas estão desenvolvidas a correta identificação é facilitada. “É possível reunir e analisar espécimes em diferentes estágios do ciclo de vida, férteis ou não, muitas vezes crescendo em condições ambientais mais amplas, o que permite uma compreensão da morfologia e sua variação de uma forma muito mais completa”, complementa Oliveira.
Os marcadores moleculares para identificação de algas foram um verdadeiro sucesso. A ferramenta passou a ser tão usual que transformou a perspectiva da morfologia na taxonomia de algas nos últimos trinta anos. Isto porque estes organismos têm um número de caracteres morfológicos muito limitados para descrever toda a diversidade genética do grupo (estruturas morfológicos, tamanho da célula, cor), razão pela qual se encontram muitas espécies crípticas. “Antigamente se identificava no campo. Hoje, primeiro se faz a análise molecular, identifica-se os grupos genéticos e clados e, por fim, analisa-se a morfologia. Digamos que é outro olhar para a morfologia”. Se no início dos anos 1990, o sequenciamento do DNA de uma alga levava 5 dias, atualmente leva-se 30 minutos, dependendo da alga, se tem muito ágar ou se é calcária.
A tendência atual é o estudo de algas migrar para uma genômica de nova geração, a filogenômica, ou seja, reconstruir as histórias evolutivas dos organismos por meio da análise de todo genoma ou grandes partes dele. Esta abordagem foi possível graças aos avanços das análises filogenéticas (que analisam e comparam um gene ou um conjunto pequeno de genes) que aumentou o número de marcadores genéticos juntamente com as novas tecnologias de sequenciadores de alta capacidade.
A proposta de aprofundar em grupos de rodofitas fizeram parte do projeto “Diversidade e filogenia de algas vermelhas (Rhodophyta) de importância econômica e ecológica”, foi coordenado por Mariana Cabral de Oliveira (USP/SP e coordenação Biota) e desenvolvido no âmbito do Programa Biota. O projeto “Marine genomic: genome biology and evolution of key primary producers”, também coordenado por Mariana Oliveira no Brasil, é um auxílio regular Biota aprovado dentro do Programa SPRINT da Fapesp, que abre editais regularmente para colaborações internacionais e financiamento mútuo. Neste projeto a parceria é com a University of Melbourne (Austrália), e o coordenador australiano é Heroen Verbruggen. O projeto teve como objetivo avançar nas pesquisas sobre genômica evolutiva e evolução das algas.
Das algas do mar uma coisa se tem certeza: há muito a se conhecer. A começar pela sua própria identificação. Por constituírem um grupo muito plástico, muitas vezes duas espécies de algas aparentemente iguais representam duas espécies.
O contrário também ocorre, indivíduos morfologicamente distintos que compõem a mesma espécie. Daí, já se pode imaginar a grande miscelânea taxonômica instituída neste importante grupo marinho responsável por quase metade da produção primária que ocorre no planeta.
Hypnea flexicaulis Yamagishi et Masuda (Gigartinales Hypneaceae)
Elas desempenham um papel central no funcionamento dos ecossistemas, além de ter grande impacto sobre as tendências climáticas de longo prazo. Seus compostos são utilizados como aditivos alimentares, em aplicações farmacêuticas e microbiológicas. Apesar da relevância global das algas, há lacunas significativas no conhecimento das características genômicas responsáveis por suas funções mais importantes, bem como a evolução dos seus genomas.
No Brasil, o grupo que tem maior relevância em número de espécie são as rodofitas (Filo Rhodophyta). As rodofitas, ou simplesmente “algas vermelhas”, representam um filo com cerca de sete mil espécies principalmente marinhas (apenas 200 espécies são de água doce).
Entretanto, este número sobe a cada ano em decorrência de novas descrições de espécies. Estas algas são importantes fontes de ágar e carragenanos para a indústria farmacêuticas e indústria alimentícia (tais como meio de cultura para microrganismos, cápsulas, supositórios, anticoagulantes, filme fotográfico, sabonete, creme para mãos, gelatina, cremes, geleias, maioneses, entre outros). Há também alguns representantes de rodofitas que são capazes de depositar carbonato de cálcio ou aragonitas suas estruturas o que as tornam muito resistentes e com baixa flexibilidade.
As rodofitas calcárias são ecologicamente importantes, sobretudo por podem formar recifes de corais que abrigam uma grande diversidade de espécies marinhas além de serem fontes para extração de calcário, um tema que ainda é controverso em relação aos impactos ambientais desta atividade.
Outra questão ecológica e econômica ligada às algas vermelhas é a invasão biológica, que causa vários danos à biodiversidade nativa. Um exemplo é a alga nativa do Japão turu-turu (Grateloupia turuturu, Halymeniaceae) reconhecida como invasora em diversos lugares do mundo e já detectada em Santa Catarina. A confirmação do seu potencial invasor local na região é urgente para medidas de erradicação desta espécie o quanto antes.
Um estudo realizado pela Universidade de São Paulo investigou cinco grupos (Corallinophycidae, Halymeniales, Gracilariales, Gelidiales e o gênero Hypnea, da ordem Gigartinales) de macroalgas vermelhas marinhas de importância econômica ou ecológica e apontou que o número de espécies estava subestimado em razão do elevado número de espécies crípticas, isto é, indivíduos que aparentam ser da mesma espécie, mas não são.
O grupo de pesquisadores identificou cerca de 100 espécies das quais 6 foram espécies novas e exclusivas do Brasil.
A plasticidade fenotípica, convergência morfológica, necessidade de estruturas reprodutivas para identificação, entre outras são as principais dificuldades de identificação das algas vermelhas. A saída encontrada pelos pesquisadores para desfazer este grande nó foi lançar mão de técnicas de DNA Barcode, ou seja, sequências curtas de DNA, amplificadas e sequenciadas, que podem ser utilizadas na distinção e identificação de espécies. “O uso destas ferramentas tem se mostrado fundamental para o entendimento da diversidade de espécies, sua distribuição geográfica e afinidades filogenéticas”, explica Mariana Cabral de Oliveira, professora da USP.
As técnicas de DNA barcode foram utilizados para analisar centenas de amostras coletadas amplamente na costa do Brasil e, também em alguns casos, amostras do exterior para compreender melhor a diversidade de espécies desses grupos no Brasil e suas afinidades biogeográficas. A identificação de espécies de rodofitas se beneficia muito do uso desta técnica, já que nem sempre se coleta indivíduos em fase fértil, pois quando estruturas reprodutivas estão desenvolvidas a correta identificação é facilitada. “É possível reunir e analisar espécimes em diferentes estágios do ciclo de vida, férteis ou não, muitas vezes crescendo em condições ambientais mais amplas, o que permite uma compreensão da morfologia e sua variação de uma forma muito mais completa”, complementa Oliveira.
Os marcadores moleculares para identificação de algas foram um verdadeiro sucesso. A ferramenta passou a ser tão usual que transformou a perspectiva da morfologia na taxonomia de algas nos últimos trinta anos. Isto porque estes organismos têm um número de caracteres morfológicos muito limitados para descrever toda a diversidade genética do grupo (estruturas morfológicos, tamanho da célula, cor), razão pela qual se encontram muitas espécies crípticas. “Antigamente se identificava no campo. Hoje, primeiro se faz a análise molecular, identifica-se os grupos genéticos e clados e, por fim, analisa-se a morfologia. Digamos que é outro olhar para a morfologia”. Se no início dos anos 1990, o sequenciamento do DNA de uma alga levava 5 dias, atualmente leva-se 30 minutos, dependendo da alga, se tem muito ágar ou se é calcária.
A tendência atual é o estudo de algas migrar para uma genômica de nova geração, a filogenômica, ou seja, reconstruir as histórias evolutivas dos organismos por meio da análise de todo genoma ou grandes partes dele. Esta abordagem foi possível graças aos avanços das análises filogenéticas (que analisam e comparam um gene ou um conjunto pequeno de genes) que aumentou o número de marcadores genéticos juntamente com as novas tecnologias de sequenciadores de alta capacidade.
A proposta de aprofundar em grupos de rodofitas fizeram parte do projeto “Diversidade e filogenia de algas vermelhas (Rhodophyta) de importância econômica e ecológica”, foi coordenado por Mariana Cabral de Oliveira (USP/SP e coordenação Biota) e desenvolvido no âmbito do Programa Biota. O projeto “Marine genomic: genome biology and evolution of key primary producers”, também coordenado por Mariana Oliveira no Brasil, é um auxílio regular Biota aprovado dentro do Programa SPRINT da Fapesp, que abre editais regularmente para colaborações internacionais e financiamento mútuo. Neste projeto a parceria é com a University of Melbourne (Austrália), e o coordenador australiano é Heroen Verbruggen. O projeto teve como objetivo avançar nas pesquisas sobre genômica evolutiva e evolução das algas.
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