Um Novo Mecanismo de Epistasia Genética a Influenciar o Tamanho do Fruto do Tomate

A epistase genética, um fenómeno genético fundamental, ocorre quando a expressão de uma mutação genética é influenciada por mutações em um ou mais outros genes. Investigar a epistase genética é de extrema importância para desvendar a intrincada interação entre genes. As estratégias de pesquisa tradicionais envolvem a observação de alterações fenotípicas em sujeitos de estudo resultantes de mutações naturais ou induzidas que levam a alterações funcionais nas proteínas codificadas por diferentes genes. Essas observações fornecem insights sobre as relações epistáticas entre as funções de genes distintos.

Avanços recentes em tecnologia de sequenciação de alto rendimento têm possibilitado a exploração abrangente da intrincada rede de regulação epistática a nível genético. No entanto, a maioria dos estudos atuais foca predominantemente nas mutações a nível de proteínas. Esta abordagem ignora a vasta gama de padrões cis-regulatórios que governam a expressão espacial e temporal dos genes no genoma. Estes padrões, por sua vez, exercem uma influência profunda na funcionalidade das proteínas que codificam. Consequentemente, a função dos genes é frequentemente mais afetada pelos seus perfis de expressão.

O desafio atual na investigação da epistasia genética reside na disponibilidade limitada de dados sobre variações em regiões cis-regulatórias para genes interagentes conhecidos e na fiabilidade limitada dos dados fenotípicos associados a esses locais. Consequentemente, o estudo da epistasia genética a este nível continua subexplorado, apesar do papel vital que essas variações desempenham na formação de fenótipos.

Efeitos Dependentes do Contexto dos Elementos Cis-Regulatórios em Mutantes de Tomate

Para começar, a equipa de investigação utilizou tecnologia de edição genética para modificar a região cis-regulatória do gene Slclv3. Através deste processo, geraram uma variedade de materiais mutantes de tomate, cada um com um número distinto de câmaras. A partir deste conjunto, selecionaram meticulosamente 12 amostras exemplares com hereditariedade estável, coletivamente denominadas 'Slclv3Pro.' Subsequentemente, combinaram estas amostras com o tipo selvagem da região do elemento cis-regulatório Slwus e um material mutante conhecido como 'SlwusCR-lc' em duas combinações diferentes. Esta abordagem estratégica permitiu-lhes criar materiais vegetais com diversas combinações de variantes de elementos cis-regulatórios para ambos os genes.

Na sua investigação sobre os efeitos sinérgicos dos elementos cis-regulatórios na epistase genética, os investigadores formularam várias hipóteses. Em primeiro lugar, postularam que o impacto do SlwusCR-lc está positivamente correlacionado com a força do local cis-regulatório no gene Slclv3Pro. Em segundo lugar, hipotetizaram que mutações em diferentes regiões da região cis-regulatória têm efeitos uniformes na função do SlwusCR-lc. Por último, propuseram que o efeito do SlwusCR-lc é dependente do contexto, podendo ser tanto um aumento como uma atenuação, e está ligado ao background genético das plantas mutantes Slclv3Pro.

Para avaliar rigorosamente estas hipóteses, os investigadores empregaram o método de máxima verossimilhança para analisar um conjunto de modelos aninhados. Após realizar análises de correlação, estabeleceram que o efeito de SlwusCR-lc no gene Slclv3Pro é, de facto, dependente do contexto. Um exemplo notável desta dependência do contexto é o caso da mutação de ponto único Slclv3Pro-22, que resultou em um maior número de câmaras do que o observado em frutos mutantes de SlwusCR-Lc, tanto nos contextos do tipo selvagem como mutante de Slclv3fas. Curiosamente, quando a mutação SlwusCR-Lc foi introduzida com base na mutação de ponto único Slclv3Pro-22, levou a uma redução no número de câmaras, significando um efeito epistático regulatório negativo de SlwusCR-Lc no locus Slclv3Pro-22. Simultaneamente, observou-se que Slwuslc exerceu um forte efeito epistático regulatório positivo sobre Slclv3fas.

A epistasia idiossincrática e dependente da dose impulsiona a variação no tamanho do fruto do tomate. (Aguirre et al., 2023)

Os investigadores aprofundaram-se na intrigante questão de saber se os efeitos de regulação ascendente imprevisíveis induzidos pelo SlwusCR-lc em conjunto com a região cis-regulatória Slclv3 poderiam ser influenciados pelo SlCLE9. A sua análise revelou uma correlação impressionante: o número de loci regulatórios dentro do alelo Slclv3Pro exibiu um fenótipo de regulação ascendente diretamente proporcional e sinérgico quando associado ao Slcle9. Um exame mais aprofundado do modelo de dados revelou um padrão nos efeitos do Slcle9, mostrando uma relação de saturação dependente da dose. Em essência, a influência do Slcle9 permaneceu mínima até que um limiar crítico de interrupção do SlCLV3 fosse ultrapassado, além do qual os seus efeitos aumentaram, estabilizando-se eventualmente como um aumento quase constante, particularmente na presença de níveis robustos de Slclv3Pro.

Os investigadores aprofundaram-se nas complexidades da epistasia envolvendo a regulação de elementos cis-atuantes de dimensões superiores. Eles exploraram este fenómeno criando várias combinações dos três mutantes Slclv3Pro-Slcle9-Slwuslc. Os resultados das análises de correlação genotípica e fenotípica lançaram luz sobre a influência específica do fundo da planta nas interações bidireccionais no contexto destas combinações alélicas de alta dimensão (envolvendo três genes).

Neste estudo, foi realizada uma exploração sistemática da intrincada relação entre Slclv3Pro-Slwuslc-Slcle9 a nível cis-regulatório. A pesquisa revelou um notável fenómeno de regulação positiva de genes que se mostrou altamente dependente do contexto genético. Além disso, exibiu um efeito de dose que impactou diretamente o número de lúmens nos frutos de tomate, influenciando subsequentemente o tamanho dos frutos. Este estudo não só aprimora a compreensão da complexidade da epistasia genética a nível cis-regulatório, mas também oferece valiosas perspetivas para futuras estratégias de melhoramento genético. Encoraja uma consideração mais ampla dos efeitos de diferentes. genético fundos ao projetar novas combinações de alelos.

Referência:

1. Aguirre, Lyndsey, et al. "A epistase idiossincrática e dependente da dose impulsiona a variação no tamanho do fruto do tomate." Ciência 382,6668 (2023): 315-320.