Após imaginado sem função, pesquisa mostra que o DNA da “matéria escura” é vital para a reprodução do arroz

Os cientistas já identificaram vários tipos de RNA não codificador, variando de pequenas moléculas com apenas 20 a 30 bases de nucleotídeos de comprimento a moléculas longas de mais de 200 nucleotídeos.

As regiões do DNA que dão origem ao RNA não codificador são necessárias para o desenvolvimento adequado dos órgãos reprodutivos das plantas.

Pesquisadores da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) lançaram luz sobre o papel reprodutivo do DNA da ‘matéria escura’ – sequências de DNA não codificantes que antes pareciam não ter função.

Suas descobertas, publicadas hoje (19 de junho de 2020) na Nature Communications, revelaram que uma região genômica específica não codificante é essencial para o desenvolvimento adequado dos órgãos reprodutores masculinos e femininos do arroz.

"O arroz é uma das principais culturas mundiais e é o alimento básico em muitos países, incluindo o Japão", disse a Dra. Reina Komiya, autora sênior do trabalho de pesquisa e pesquisadora associada do OIST Science and Technology Group. "Mais pesquisas sobre como essas regiões genômicas afetam a reprodução das plantas podem potencialmente levar ao aumento da produtividade e rendimentos mais estáveis ​​do arroz".

Muitos estudos anteriores sobre desenvolvimento se concentraram nos genes – as seções do DNA que fornecem instruções para a produção de proteínas. Mas em criaturas complexas como plantas e animais, uma grande fração do genoma – tipicamente entre 90-98% – na verdade não codifica proteínas.

A vasta extensão desse "DNA lixo" tem intrigado os biólogos, com muitos a apelidando de "matéria escura" do genoma. Mas pesquisas recentes sugerem que muitas dessas regiões genômicas não codificantes podem ter uma função, afinal, dando origem ao RNA não codificante.

Os cientistas já identificaram vários tipos de RNA não codificador, variando de pequenas moléculas com apenas 20 a 30 bases de nucleotídeos de comprimento a moléculas longas de mais de 200 nucleotídeos. Embora estudos mostrem que o RNA não codificador desempenha um papel vital na regulação da expressão gênica – o processo em que as instruções de um gene são usadas para produzir RNA ou proteína – a função precisa de cada RNA não codificante específico permanece pouco compreendida.

Dr. Komiya está particularmente interessado em RNAs específicos para a reprodução. “Estes são RNAs não codificadores que são produzidos à medida que o sistema reprodutivo se forma. Eu queria descobrir qual o papel que eles desempenham no desenvolvimento de estames e pistilos, os órgãos reprodutores masculinos e femininos das plantas. ”

Fazendo mutantes
No estudo, o grupo do Dr. Komiya se concentrou em um microRNA específico para a reprodução – uma classe principal de pequenos RNAs não codificadores – chamado microRNA2118.

Os cientistas criaram cepas mutantes de arroz, excluindo uma região do genoma que contém várias cópias da sequência específica de DNA que dá origem ao microRNA2118. Eles descobriram que as cepas mutantes eram estéreis e mostravam anormalidades na estrutura dos estames e pistilos.

"Isso significa que o papel do microRNA2118 no desenvolvimento adequado dos estames e pistilos é essencial para a fertilidade das plantas", disse o Dr. Komiya.

Revelando RNA e proteínas de sondagem
Para se aprofundar em como o microRNA2118 controlava o desenvolvimento da antera, os cientistas identificaram quais outras moléculas foram afetadas pelo microRNA2118.

Eles descobriram que o microRNA2118 desencadeou a clivagem de RNA longo não codificante, produzindo muitas moléculas minúsculas de RNA, chamadas pequenos RNAs secundários.

"Curiosamente, esses pequenos RNAs eram ricos em uracil, uma das quatro bases nucleotídicas encontradas no RNA, o que é muito incomum em comparação com outros pequenos RNAs", disse o Dr. Komiya. "Esperamos descobrir a função exata desses pequenos RNAs – e se essa diferença na composição dos nucleotídeos é importante – em pesquisas futuras".

Os cientistas também descobriram que duas proteínas Argonaute que eram produzidas apenas no estame dependiam da presença de microRNA2118. Pesquisas anteriores mostraram que as proteínas Argonaute se unem a pequenos RNAs para realizar muitas funções reguladoras, como silenciar genes e clivar o RNA.

O grupo do Dr. Komiya propõe, portanto, que as proteínas Argonaute possam interagir com o microRNA2118 para desencadear a produção dos pequenos RNAs secundários. As proteínas também podem interagir com os pequenos RNAs secundários para silenciar regiões específicas do genoma. A equipe espera elucidar exatamente como as proteínas Argonaute e os pequenos RNAs secundários afetam o desenvolvimento do sistema reprodutivo das plantas em futuras pesquisas.

“A reprodução é um fenômeno importante da passagem de informações genéticas para a próxima geração e é essencial para manter um suprimento estável de rendimento. No entanto, o desenvolvimento do sistema reprodutivo é complicado e muitos aspectos permanecem desconhecidos ”, concluiu o Dr. Komiya. “Este estudo mostra que os RNAs não codificantes, derivados de regiões do genoma que eram consideradas não funcionais, são vitais para a reprodução das plantas. Explorar ainda mais os RNAs não codificantes é uma área interessante e importante de pesquisa. ”

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Referência: 19 de junho de 2020, Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-020-16637-3

Esta pesquisa foi apoiada pelo Projeto Estratégico de Promoção de Pesquisa Criativa da Agência de Ciência e Tecnologia do Japão (JST) PRESTO (criação de tecnologia básica de última geração para controle de fenômenos de vida vegetal no campo) e Auxílio à Pesquisa Científica em Áreas Inovadoras (Taxonomia de RNA).