Agências de fomento à

Descoberta de pesquisadores brasileiros e norte-americanos pode mudar a classificação de duas espécies, que parecem estar mais próximas das águas-vivas do que se pensava (Pachycerianthus magnus; foto: Sérgio Stampar)

Anêmona-de-tubo tem o maior genoma mitocondrial entre os animais

13 de maio de 2019

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André Julião | Agência FAPESP – Com apenas 15 centímetros de comprimento, a anêmona-de-tubo Isarachnanthus nocturnus é a espécie animal com o maior genoma mitocondrial já observado. 

Foram sequenciados, ao todo, 80.923 pares de base – os blocos que compõem o DNA. Nos humanos, o genoma encontrado na mitocôndria, organela responsável por gerar energia para a célula, é composto por 17 mil pares de base.

Os dados são de um artigo publicado recentemente na revista Scientific Reports.

A pesquisa foi coordenada por Sérgio Nascimento Stampar, professor da Faculdade de Ciências e Letras da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Assis. Contou com apoio da FAPESP por meio do projeto “Evolução e diversidade de Ceriantharia (Cnidaria)”, na modalidade Auxílio Regular, e do programa SPRINT, em convênio com a Universidade da Carolina do Norte, em Charlotte, nos Estados Unidos.

Como explicou o pesquisador, o genoma mitocondrial é mais simples do que o nuclear, cujo sequenciamento nessa anêmona-de-tubo ainda não foi feito. O DNA nuclear humano, por exemplo, é composto por 3 bilhões de pares de base.

Outra descoberta divulgada no artigo é que a I. nocturnus e a Pachycerianthus magnus (77.828 pares de base), outra espécie estudada pelo grupo de Assis, têm genomas lineares como o das águas-vivas (Medusozoa), e não circulares como o de outras espécies do seu grupo (Anthozoa) e o da maioria dos animais.

A Isarachnanthus nocturnus é encontrada da costa da Patagônia, na Argentina, até os Estados Unidos, enquanto a Pachycerianthus magnus vive nos mares que circundam a ilha de Taiwan, na Ásia. Ambas habitam águas com no máximo 15 metros de profundidade.

“O tamanho do genoma mitocondrial da I. nocturnus chega a ser quase cinco vezes maior do que o humano. 

Temos a tendência de achar que somos mais complexos molecularmente, mas na verdade o nosso genoma foi mais ‘filtrado’ ao longo da evolução. Provavelmente, manter esse genoma gigante é muito mais custoso em termos de gasto energético”, explicou Stampar.

Mais surpreendente do que o tamanho do genoma das duas espécies de anêmona, no entanto, foram o formato e as sequências de genes encontrados.

Por serem espécies próximas, esperava-se uma sequência parecida de genes. A americana, no entanto, tem cinco cromossomos, enquanto a taiwanesa tem oito, com genes totalmente diferentes entre si. Uma variação antes vista apenas em águas-vivas, esponjas e alguns crustáceos.

“O DNA mitocondrial humano é mais parecido com o de um peixe ósseo na organização do que o dessas duas anêmonas-de-tubo entre si”, disse Stampar.

Litoral paulista e mar da China Meridional

Para chegar aos resultados, os pesquisadores capturaram animais em São Sebastião, no litoral de São Paulo, e no mar da China Meridional, onde fica a ilha de Taiwan. O genoma mitocondrial foi sequenciado a partir de pequenos pedaços dos tentáculos dos animais.

Os genomas das duas espécies disponíveis em bancos de dados até então eram incompletos, pela grande dificuldade de sequenciá-los. Após a conclusão do trabalho, os pesquisadores disponibilizaram os genomas no GenBank, banco de dados genéticos mantido pelo National Institutes of Health (NIH), dos Estados Unidos.

Outra dificuldade para fazer o sequenciamento foi o fato de esses animais serem extremamente difíceis de coletar, por conta de seu comportamento fugidio. Basta qualquer possível ameaça para que se escondam dentro do tubo que os diferencia das anêmonas regulares, tornando impossível a captura.

“É preciso cavar em volta, às vezes até um metro de profundidade, e tampar a parte do tubo que fica por baixo da areia. Isso tudo debaixo d’água, carregando equipamento de mergulho. Se não fazemos desse jeito, ele se esconde na parte soterrada do tubo, o que impossibilita a coleta”, disse o pesquisador. Graças ao apoio do programa SPRINT da FAPESP, Stampar e Marymegan Daly, sua colega de pesquisa na Ohio State University, estabeleceram parceria com Adam Reitzel e seu pós-doutorando na época, Jason Macrander, da Universidade da Carolina do Norte, em Charlotte, Estados Unidos. Atualmente, Macrander é professor no Florida Southern College. 

Reitzel e Macrander sãos especializados em técnicas de bioinformática para filtragem de dados genômicos, ou seja, transformar milhões de pequenas sequências obtidas no sequenciamento em uma só. Dessa forma, eles conseguiram montar o genoma mitocondrial completo das duas espécies.

“É uma técnica em que são sequenciados pedaços do genoma, que vão se ligando até formarem um círculo. O problema é que isso só funciona com genomas circulares. Como nunca surgia a peça para fechar esse círculo, nos demos conta de que só podia ser um genoma linear como o das águas-vivas”, disse Stampar.

A descoberta abre espaço para uma eventual reclassificação das espécies dentro dos Cnidários (águas-vivas, anêmonas, medusas e corais). Aparentemente, as anêmonas-de-tubo estudadas formam um grupo à parte, independente dos corais e outras anêmonas, e contam com alguma similaridade com as águas-vivas.

Porém, ainda são necessários mais dados para uma conclusão definitiva, que pode vir com o sequenciamento do genoma nuclear das espécies, algo que o grupo de Stampar pretende realizar até o fim deste ano.

O artigo Linear Mitochondrial Genome in Anthozoa (Cnidaria): A Case Study in Ceriantharia (doi: 10.1038/s41598-019-42621-z), de Sérgio N. Stampar, Michael B. Broe, Jason Macrander, Adam M. Reitzel, Mercer R. Brugler e Marymegan Daly, pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41598-019-42621-z.

Great Barrier Reef saw huge losses from 2016 heatwave

Grande Barreira de Corais viu grandes perdas a 

partir da onda de calor de 2016

One-third of reefs in the world’s largest coral system were transformed by warmed waters, finds comprehensive underwater and aerial survey.

Quirin Schiermeier 

 

 Heat stress and bleaching — the loss of symbiotic algae — killed many corals in Australia’s Great Barrier Reef after the 2016 crisis. Credit: Richard Vevers/XL Catlin SS/The Ocean Agency.

 

Extreme heat in 2016 damaged Australia’s Great Barrier Reef much more substantially than initial surveys indicated, according to ongoing studies that have tracked the health of the coral treasure. The heatwave caused massive bleaching of the corals that captured worldwide attention.

In a paper published on 18 April in Nature, researchers report¹ that severe bleaching on an unprecedented scale triggered mass death of corals. This drastically changed the species composition of almost one-third of the 3,863 individual reefs that comprise the Great Barrier Reef.
The world’s largest coral reef is unlikely to recover soon. The damage is a harbinger of what a warming future might hold for a wealth of tropical reef ecosystems, says lead study author Terry Hughes, director of the coral-reef centre at James Cook University in Townsville, Australia. “If we fail to curb climate change, and global temperatures rise far above 2 °C [above the pre-industrial level], we will lose the benefits they provide to hundreds of millions of people.”

Fatal loss

Hughes and his team of ecologists closely examined the 2,300-kilometre Great Barrier Reef after the 2016 heatwave. Extensive aerial surveys revealed widespread coral bleaching between March and April 2016. This phenomenon occurs when excessive heat kills or expels algae called zooxanthellae, which have a symbiotic relationship with reef-building corals. The algae provide the corals with energy and nutrients from photosynthesis; without them, the corals often die.
But to gauge the full extent of heat damage, Hughes’s team conducted more-comprehensive underwater surveys of coral mortality, both at the peak of the observed bleaching in March and April, and again eight months later.

Many corals — especially those in the northern third of the reef — died immediately from heat stress. Others were killed more slowly, after their algal partners were expelled. The composition of coral assemblages on hundreds of individual reefs changed radically within just a few months of the heatwave. On severely bleached reefs, fast-growing coral species — which have complex shapes that provide important habitats — were replaced by slower-growing groups that shelter fewer sea creatures.

Source: Ref. 1

“The study paints a bleak picture of the sheer extent of coral loss on the Great Barrier Reef,” says Nick Graham, a marine ecologist at Lancaster University, UK. Approximately one-third of the world’s coral reefs were affected by bleaching in 2016. On the Great Barrier Reef, less than 10% of reefs escaped with no bleaching, compared with more than 40% in previous bleaching events.
“It is now critical to understand how governance and local management can maximize recovery between recurrent heatwaves,” Graham says.
Global impact
Tim McClanahan, a conservation zoologist at the Wildlife Conservation Society in Mombasa, Kenya, says the study’s findings might not predict how other reefs will cope with a warmer world. Responses might depend on the corals’ life histories and local environmental conditions. “Global warming will result in more heat-stress events,” he says, but “there is accumulating evidence that corals do acclimate”.
Global coral bleaching had been observed just twice, in 1998 and 2002, before the extreme 2016 incident. Coral colonies can recover from such events, especially given that the species most susceptible to dying from heat stress are among the fastest-growing corals. But harmful warming events are occurring more frequently, and scientists think that full recovery is becoming increasingly difficult².
Researchers have also found that local protection of reefs and surrounding waters does little to make corals less sensitive to heat³. Rather, global changes such as ocean acidification might further increase environmental stress.
The fate of tropical coral reefs — including the iconic Great Barrier Reef — therefore depends on efforts to mitigate climate change, says Graham. “A future with coral reefs, their rich diversity and the livelihoods they provide to people is quite simple. It will only be possible if carbon emissions are rapidly reduced,” he says.
But even if that happens, tomorrow’s reefs might look different from today’s, as the mix of species changes in favour of those that can best cope with inevitable climate change, says Hughes. “This transition is already under way, faster than many of us expected,” he says. “The Great Barrier is shifting radically, a trend that will continue for the next century or more.”

Nature 556, 281-282 (2018)

doi: 10.1038/d41586-018-04660-w