Se uma vaca resolve comer uma planta, ela não consegue fugir. Está presa no solo pela raiz e tem que se defender no lugar. Os espinhos são parte dessa defesa. Quem já colheu uma rosa sabe o risco que corre. Os espinhos derivados da epiderme das plantas surgiram de forma independente pelo menos 28 vezes, em grupos de plantas que divergiram ao longo da evolução nos últimos 400 milhões de anos. São os espinhos presentes nas araucárias e nas rosas (existem dois outros tipos de espinhos, derivados de outros tecidos, como os presentes na laranja e no limão).
Em certos grupos de plantas, como a família do tomate, que inclui diferentes berinjelas, eles estão presentes em algumas espécies e ausentes em outras. Muitas das espécies domesticadas perderam os espinhos e os cientistas que desenvolvem novos cultivares gostariam de poder criar variedades sem espinhos. Uma rosa sem espinhos faria sucesso.
Esses espinhos são um exemplo do que Darwin chamou de evolução convergente, estruturas com a mesma função, mas que aparecem de forma independente em diferentes grupos de seres vivos.
O exemplo clássico são as asas, que surgiram nos insetos, nas aves e em mamíferos (morcegos). Nos casos de evolução convergente estudados até hoje, a formação das estruturas, como as asas, ocorre de forma diferente nos diferentes seres vivos e os genes envolvidos são muitos e diferentes em cada exemplo. Isso faz com que seja impossível na prática selecionar aves com asas que funcionam como pernas, ou uma vaca capaz de voar batendo as pernas dianteiras.
A novidade é que os cientistas descobriram que esse tipo de espinho, formado pela epiderme das plantas, e que surgiu de forma independente em plantas separadas por mais de 400 milhões de anos de evolução (insetos e mamíferos são separados por 500 milhões de anos de evolução) são controlados pela presença ou ausência de um único gene.
A investigação começou com o gênero de plantas chamado Solanum, que agrega centenas de espécies, incluindo os tomates, as berinjelas e as batatas. Esse gênero, que surgiu faz 6 milhões de anos, inclui espécies com e sem espinhos.
Os cientistas inicialmente cruzaram espécies muito parecidas com e sem espinhos e descobriram que havia um único gene, localizado no cromossomo 6 que determinava a presença ou ausência de espinhos. Em seguida os cientistas isolaram esse gene e descobriram que ele era responsável pelo último passo nas reações químicas que produz uma forma do hormônio citocinina. Examinando esse gene em uma coleção de plantas do mesmo gênero, eles descobriram que 31 espécies que não possuíam espinhos tinham mutações nesse gene. Um total de 16 mutações diferentes foram encontradas nessas espécies.
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Animados com a descoberta, os cientistas começaram a investigar outras plantas que não apresentam espinhos como o arroz, a cevada e diversas espécies de flores, muitas relacionadas às rosas. Em todas elas a ausência de espinhos estava relacionada a uma mutação nesse mesmo gene. E no último passo da investigação os cientistas utilizaram técnicas de edição genômica para inativar esse gene em plantas que possuem espinhos. E o resultado foi exatamente o esperado: basta você inativar esse gene em espécies com espinho para eles simplesmente desaparecerem.
Esses resultados demonstram que a inativação de um único gene é capaz de fazer desaparecer os espinhos desse tipo na grande maioria das plantas, mesmo aquelas separadas por centenas de milhões de anos de evolução. Essa descoberta não só explica como se formam esses espinhos, mas vai permitir produzir variedades sem espinhos, uma característica muito útil nas plantas que cultivamos. Quem não vai gostar são os fabricantes das luvas que usamos quando colhemos rosas.
Mais informações: Convergent evolution of plant prickles by repeated gene co-option over deep time. Science https://doi.org/10.1126/science.ado1663 2024