Primeira transferência de gene conhecida de planta para inseto identificada

A descoberta de que uma mosca-branca usa um gene vegetal roubado para iludir as defesas de seu hospedeiro pode oferecer um caminho para novas estratégias de controle de pragas.

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Algumas moscas-brancas usam genes de plantas para tornar as toxinas em seus alimentos inofensivas. Crédito: Getty

Uma praga agrícola perniciosa deve parte de seu sucesso a um gene roubado de sua planta hospedeira há milhões de anos.

A descoberta, relatada hoje na Cell ¹ , é o primeiro exemplo conhecido de uma transferência natural de um gene de uma planta para um inseto. Isso também explica uma razão pela qual a mosca-branca Bemisia tabaci é tão adepta de mastigar plantações: o gene que ela roubou das plantas permite que ela neutralize uma toxina que algumas plantas produzem para se defender contra insetos.

Os primeiros trabalhos sugerem que a inibição desse gene pode tornar as moscas brancas vulneráveis ​​à toxina, fornecendo uma rota potencial para combater a praga. “Isso expõe um mecanismo através do qual podemos inclinar a balança a favor da planta”, diz Andrew Gloss, que estuda as interações planta-praga na Universidade de Chicago, em Illinois. “É um exemplo notável de como estudar a evolução pode informar novas abordagens para aplicações como proteção de cultivos.”

A diminuta mosca branca – que está mais intimamente relacionada aos pulgões do que às moscas – causa estragos agrícolas em todo o mundo. Bemisia tabaci está entre as pragas de plantas mais destrutivas: as moscas-brancas absorvem a seiva açucarada de centenas de tipos de plantas, ao mesmo tempo em que excretam uma substância pegajosa e doce chamada melada, que serve como terreno fértil para o mofo. As moscas brancas também são vetores de mais de 100 vírus de plantas patogênicas.

Genes roubados

Que algumas espécies de mosca-branca possam dever parte de suas proezas predatórias a genes de outros organismos não é de todo surpreendente, porque o roubo genético é comum na corrida armamentista entre plantas e suas pragas. Ao longo de milhões de anos, plantas e insetos tomaram emprestado pesadamente de genomas microbianos, às vezes usando seus genes recém-adquiridos para desenvolver estratégias defensivas ou ofensivas.

Alguns insetos, como a broca do café ( Hypothenemus hampei ), saquearam genes microbianos para extrair mais nutrição das paredes celulares de plantas difíceis de digerir ² , e um parente selvagem do trigo furtou um gene fúngico para combater uma doença fúngica chamado de ferrugem da cabeça ³ . Mas plantas e insetos não eram conhecidos por roubar uns dos outros até agora.

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O entomologista Youjun Zhang da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas em Pequim e seus colegas estavam vasculhando o B. tabaci em busca de genes roubados, quando encontraram um que parecia ter evoluído não em outros insetos ou micróbios, mas em plantas.

Estudos posteriores mostraram que o gene pode transferir um grupo químico para compostos defensivos chamados glicosídeos fenólicos. Esses compostos são feitos por muitas plantas, incluindo tomates, para afastar pragas. Mas a modificação causada pelo gene da mosca branca tornou os compostos inofensivos.

Para testar a hipótese, a equipe projetou plantas de tomate para produzir uma molécula de RNA de fita dupla capaz de interromper a expressão do gene da mosca-branca. Quase todas as moscas-brancas que posteriormente se alimentaram dessas plantas de tomate adulteradas morreram.

Esse resultado sugere um novo meio de atacar as moscas-brancas, diz Jonathan Gershenzon, ecologista químico do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena, Alemanha. “Isso oferece uma enorme chance de ser específico”, diz ele. “Você pode manter as moscas brancas afastadas, mas não prejudicar os insetos benéficos, como os polinizadores”.

Batalha de plantas-pragas

A transferência de genes entre espécies pode ser difícil de provar, diz o coautor do estudo Ted Turlings, ecologista químico da Universidade de Neuchâtel, na Suíça. Para fazer isso, Zhang, Turlings e seus colegas analisaram as sequências de genes semelhantes em plantas e determinaram que o gene da mosca-branca era seu parente evolutivo. A equipe também realizou análises para mostrar que o gene estava integrado ao genoma da mosca-branca e não era resultado de amostras contaminantes de DNA de plantas.

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Os resultados foram surpreendentes, mas convincentes, diz Yannick Pauchet, entomologista molecular também do Instituto Max Planck de Ecologia Química. “De acordo com os dados que eles fornecem, a transferência horizontal de genes é a explicação mais parcimoniosa”, diz ele.

Mas como a mosca-branca conseguiu roubar um gene de planta não está claro. Uma possibilidade, diz Turlings, é que um vírus tenha servido como intermediário, transportando material genético de uma planta para o genoma da mosca-branca.

À medida que os pesquisadores sequenciam mais genomas, é possível que eles descubram mais exemplos de transferência de genes entre plantas e animais, diz Gloss.

“Os insetos que pegam os genes das próprias plantas são apenas a última parte do arsenal que ainda não encontramos”, diz ele. “Na batalha entre as plantas e suas pragas ou patógenos de insetos, há genes sendo extraídos de toda a árvore da vida.”

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00782-w

Referências

1. Xia, J. et ai. Celular https://10.1016/j.cell.2021.02.014 (2021).

   Artigo   Google Scholar  

2. Acuña, R. et ai. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 109 , 4197-4202 (2012).

   PubMed   Artigo   Google Scholar  

3. Wang, H. et ai. Science 368 , eaba5435 (2020).

Estranho fóssil pode ser raro inseto preservado em pedra preciosa

Especialistas estudam como objeto incrivelmente improvável se formou e quais segredos ele pode revelar. Terça-feira, 12 Fevereiro

Por John Pickrell

Essa incomum amostra encontrada em Java parece ser um pedaço de opala com um inseto primitivo preso dentro dela. foto de Brian Berger.

EM UMA DESCOBERTA diferente de tudo já visto antes, um pedaço de opala da ilha de Java, na Indonésia, carrega uma carga excepcional: um inseto incrivelmente preservado que pode ter de quatro a sete milhões de anos de idade.

Anteriormente, muitos insetos primitivos foram encontrados em âmbar, uma pedra preciosa feita de resina fossilizada de árvores. Quando os animais são revestidos pela resina fresca, ela os sepulta tão rápido que, com frequência, seus restos mortais ficam preservados em detalhes incríveis.

Mas, normalmente, a formação natural da opala envolve soluções de sílica concentradas em cavidades sob o solo durante milhares ou até mesmo milhões de anos, o que levanta questões sobre como um inseto poderia ter sido preservado dessa forma.

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“É um objeto incrivelmente improvável — assim como muitas outras coisas raras e maravilhosas da natureza que pensávamos não existir, ou que considerávamos teoricamente impossíveis, até que se mostraram verdadeiras,” comenta Jenni Brammall, especialista em opalas e fósseis opalizados do Australian Opal Centre, em Lightning Ridge, Nova Gales do Sul.

Atualmente, a amostra está em domínio privado e ainda precisa ser minuciosamente estudada por paleontólogos ou geoquímicos. Mas, se confirmada, a descoberta pode não apenas representar uma fonte antes desconhecida de valiosos fósseis, ela pode alterar nosso conhecimento sobre uma popular pedra preciosa.

Brammall sabe da amostra desde 2017 e também viu imagens de um segundo possível inseto em opala proveniente da mesma mina, em Java. Contudo, como ela apenas viu fotos e ainda não foram publicadas pesquisas científicas, ela diz que é difícil dar uma opinião bem informada sobre a amostra.
“Não tenho motivos para duvidar de sua autenticidade, a não ser pelo fato de ser tão improvável, mas temos que esperar e ver o que a ciência nos diz", diz Brammall. “Espero que seja autêntica, porque se for, vai revelar algumas coisas realmente fascinantes sobre a formação de opalas”.

Preenchendo lacunas

Um vendedor de opalas javanês encontrou a estranha amostra em 2015, e ela passou por diversas mãos antes de ser trazida por Brian T. Berger, um gemologista e negociante da Filadélfia, Pensilvânia. No começo, o próprio Berger tinha dúvidas quanto à autenticidade da amostra, então ele a enviou ao Instituto Gemológico da América (GIA) para análise. Os especialistas do instituto confirmaram para a National Geographic que acreditavam que a amostra era uma opala natural genuína que não havia sido adulterada.

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"Eu achava que isso só podia ter sido falsificado", conta Berger. "Esse é algum tipo de novo tratamento ou algo do tipo, mas eu analisei a pedra, e tudo parecia estar de acordo… e o GIA confirmou os achados". Desde então, Berger escreve sobre a amostra em publicações em forma de blog para o projeto Entomology Today.

Diversos fósseis em opala foram encontrados em Lighting Ridge, na Austrália, apesar do processo lá ser diferente. Esses fósseis de "reposição" se formaram quando espaços no solo, uma vez ocupados por ossos e dentes, foram preenchidos por soluções de sílica que se tornaram opala, como geleia em um molde. Phil Bell, paleontólogo da Universidade de Nova Inglaterra em Armidale, Austrália, recentemente descreveu uma nova espécie de dinossauro a partir de fragmentos fósseis opalizados dessa maneira.

“Fósseis opalizados, sem dúvida, passaram por milhões de anos de história no subterrâneo, sendo amassados, aquecidos, entre outras coisas,” diz. Embora não seja impossível, ele demonstra não acreditar que um inseto possa ter sido preservado da mesma maneira.
Em vez disso, Berger e vários especialistas acreditam ser possível que a amostra seja feita de âmbar e que, de alguma forma, tenha sido opalizada.

“Meu instinto diz que parece um pedaço de âmbar embutido em opala,” comenta Ryan McKeller, que realiza pesquisas em fósseis em âmbar no Royal Saskatchewan Museum em Regina, Canadá. Madeira fossilizada em opala é comum em Java, o que sugere uma possível rota para a resina da árvore ter sido incrustada em opala.

“A opala normalmente preenche espaços”, diz McKeller. “Nesse tipo de cenário, uma tora pode ter sido opalizada, deixando seu conteúdo em âmbar revestido”. Uma amostra conhecida de âmbar canadense preencheu uma fenda em um pedaço de madeira e, subsequentemente, foi transformada em sílica do lado de fora, conta.

“A nova amostra pode ter passado por um processo semelhante, mas são apenas especulações até que as análises químicas sejam realizadas e os pesquisadores analisem bem a preservação do inseto”.

Aguardando a análise

Até que a amostra seja submetida a uma análise científica completa, muitos especialistas também estão relutantes em dar um palpite quanto ao tipo de inseto preso dentro dela.
Considerando a aparência enrugada das asas, pode representar uma forma adulta de um inseto com asas que havia saído recentemente de seu estágio de pupa, diz Ricardo Pérez-de la Fuente, paleoentomologista do Museu de História Natural da Universidade de Oxford, no Reino Unido. Mas ele enfatiza que é essencial que o inseto seja estudado formalmente antes que alguém possa oferecer “argumentos suficientemente críveis” sobre sua biologia.

Thomas van de Kamp, entomologista do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha, é um dos especialistas que esperam estudar a amostra. Ele quer utilizar um síncrotron para tirar um raio-x detalhado e criar uma reconstrução em 3-D que proporcionará uma descrição abrangente do animal.
Muitos dos insetos fósseis conhecidos foram encontrados em âmbar e, por isso, provavelmente eram espécies que viviam em árvores. Se a amostra recém-descoberta tiver se formado apenas em opala, pode representar um raro vislumbre de uma criatura de um tipo diferente de ambiente.
“Portanto, outros tipos de insetos preservados em 3-D são extremamente valiosos para ampliar nossa visão”, afirma van de Kamp.

Berger diz que atualmente está em discussão com especialistas do museu e outros pesquisadores ao redor do mundo sobre uma colaboração para realizar um estudo científico na amostra. Após isso, diz, ele gostaria que a amostra fosse exibida em um museu.

“Posso vendê-la para um museu, posso doá-la ou posso ficar com ela e apenas emprestar para fins de exibição," diz. "Ainda não decidi”.

Gemologist Finds Insect Trapped in Opal Instead of Amber

 

 On a trip to Indonesia, gemologist Brian Berger purchased an opal that appeared to have an insect entombed inside. Insects trapped in amber are a common-enough sight, but in a slow-forming gemstone like opal?

“Some researchers weren’t sure it was possible,” Berger told Gizmodo. “Now we know it’s possible. Is it likely? Extremely unlikely.”

Berger had the stone analyzed by the Gemological Institute of America, which confirmed its authenticity. He published a blog in Entomology Today about his finding and is looking for entomologists to further analyze it.

Plants produce a sticky substance called resin mostly as a means to protect themselves. Under the right circumstances, the chemical structures of these resins can change over time, fossilizing into amber—occasionally trapping and preserving an insect inside.

This specimen probably started as a typical insect trapped in amber—but then it appears to have gone through a second process called opalization, where some of the amber turned into opal. Opals are essentially spheres of silicon dioxide with water combined into their chemistry. Organic specimens can turn into opal similar to the way fossilization turns bone into stone; paleontologists in Australia have recently found an opalized dinosaur fossil.

At least, this is what Berger speculates happened. How the specimen formed remains unclear.

The specimen

Photo: Brian Berger

 

 

One entomologist, Ryan McKellar, curator of invertebrate palaeontology at the Royal Saskatchewan Museum in Canada, told Gizmodo “it is a pretty neat find, and a bit puzzling.” Though commenting only on Berger’s blog post in Entomology Today, McKellar said it “definitely looks like an insect inclusion.” He noted that he’d seen a comparable specimen in Canada, where a piece of wood was partially embedded in resin and partially exposed to the surrounding environment. The amber preserved the wood, but silica replaced the organic matter outside the amber and turned it into petrified wood.

McKellar thought that perhaps this specimen was formed by a similar process, and said he’d be interested in the age of the deposit where it was found.

Meanwhile, well-known American entomologist George Poinar Jr. from Oregon State University remained cautious. He found the specimen “interesting,” but wanted to wait for an entomologist’s opinion before offering any further comment without examining the object himself.