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Evolução recente das formigas cortadeiras

Em busca do gene da especiação das formigas simpátricas, projeto reúne taxonomia, filogenia, biotecnologia e museu virtual

Filogenia, morfologia, técnicas de genômica, processos de bioconversão de biomassa vegetal em proteína, ferramentas de bioinformática, museu virtual, junte todos estes ingredientes e tempere com formigas cortadeiras simpátricas e aguarde. Esta é a promissora receita do ousado projeto “Taxonomia, sistemática e filogeografia em sistemas Attini”, capitaneado pelo Professor Murício Bacci Jr. do Laboratório de Evolução Molecular do Departamento de Bioquímica e Microbiologia, do Instituto de Biociências, UNESP/Rio Claro. Este Auxílio Pesquisa Regular, com finalização prevista para 2015, visa caracterizar o processo de geração de biodiversidade em formigas da tribo Attini, verificando quais os fatores que levaram à especiação das linhagens simpátricas e também caracterizar a biodiversidade e potencial biotecnológico dos microrganismos associados aos ninhos das formigas deste grupo.

As espécies de formigas que foram tomadas como modelo neste estudo foram  Atta sexdans e  Atta laevigata, ambas representam modelos interessantes para estudos de taxonomia, especiação, biogeografia e de genética, pois se trata de espécies de evolução recente.  Serão aplicadas técnicas de análises morfológica, comportamental, filogenético-moleculares, em genética de populações e transcriptômica de nova geração. “As formigas cortadeiras têm muitos eventos de especiação recente. As linhagens foram caracterizadas como simpátricas em diversas regiões geográficas, morfologicamente distintas, reprodutivamente isoladas e um conjunto de genes foi proposto para o estudo do processo de especiação”, complementa Bacci Jr.  O projeto trabalha com a hipótese que há cinco espécies distintas em meio a estas duas espécies já descritas “Comparamos os transcriptomas destas duas linhagens de Atta laevigata, que caracterizamos como prováveis espécies distintas, e selecionamos pouco mais de 100 genes que foram selecionados positivamente desde a divergência entre as linhagens. Genes selecionados positivamente são aqueles cuja alteração pode ter sido fixada pela seleção natural, sendo importantes candidatos a genes subsidiando o processo de especiação. Se estivermos certos, vamos verificar se estes genes também foram positivamente selecionados em outras espécies da tribo Attini e em um segundo momento, estimar quando ocorreu esta mudança. Se confirmarmos que as alterações gênicas coincidem temporalmente com a divergência entre as linhagens, poderemos então afirmar que encontramos um gene importante para o processo de especiação”, explica Bacci Jr.

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The Virtual Museum of Attini Ants
Detalhe da cabeça de Atta sexdens       (c) The Virtual Museum of Attini Ants

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Atta sexdens - Lateral The Virtual Museum of Attini Ants
Detalhe lateral de Atta sexdens            (c) The Virtual Museum of Attini Ants

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Atta sexdens - Superior The Virtual Museum of Attini Ants
Detalhe superior de Atta sexdens           (c) The Virtual Museum of Attini Ants

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Toda a informação taxonômica gerada está sendo organizada em uma coleção física com espécimes do Brasil, Uruguai, Argentina, EUA, Colômbia, enfim,  em toda a faixa de ocorrência das Attini. Além disso, a coleção está sendo registrada por imagens de detalhes taxonômicos de alta qualidade e disponibilizada online no Museu Virtual em Biociências. O Museu Virtual reúne coleções de formigas, plantas e anfíbios do Instituto de Biociências da UNESP de Rio Claro. Já estão disponíveis imagens dos gêneros Atta e Acromyrmex. O público-alvo da coleção online são estudantes e taxonomistas de Attini.

museu virtual
Museu Virtual em Biociências

Os ninhos destas formigas abrigam uma grande diversidade de fungos e bactérias que estabeleceram diferentes tipos de relações ecológicas com suas anfitriãs. Relações mutualistas, quando microrganismos são cultivados pelas formigas para obtenção de nutrientes, enzimas e antibióticos.  Relação de parasitismo com microrganismos entomopatógenos ou micófagos que desafiam os mutualistas, e relações com os microrganismos comensais ainda sem papel definido. A grande capacidade hidrolítica e produtora de metabólitos secundários de alguns desses microrganismos chama a atenção, pois representa um potencial biotecnológico ainda não explorado. O processo de bioconversão de matéria vegetal em compostos simples (polissacarídeos vegetais degradados por meio de enzimas fúngicas) realizados pelos microrganismos associados às formigas é de especial interesse para o grupo de pesquisadores do Laboratório de Evolução Molecular. “Se conseguirmos entender e controlar este processos poderíamos pensar em como transformar novas fontes vegetais em biocombustível para diversificar a produção”, complementa Bacci Jr. Esta linha de pesquisa do projeto envolve estudos de bioquímica e genética, visando identificar quais os genes das enzimas que estão degradando as matérias vegetais.

Outro produto deste projeto tem sido os avanços nas ferramentas de bioinformática. “Quando começamos a estudar o genoma das formigas não tínhamos ferramentas de bioinformática para nossas questões de filogenia. Para isso a pesquisadora Milene Ferro, na época aluna de doutorado, desenvolveu um conjunto de ferramentas para a análise da genômica das Attini. Estas ferramentas de bioinformáticas então disponíveis no site do Laboratório de Evolução Molecular. Uma delas foi desenvolvida para a análise de metagenoma de bactérias (16Scan) e leveduras (ITScan). Outra ferramenta desenvolvida no projeto foi uma buscadora de ORFs (Open Reading Frame), a parte do genoma que faz a transcrição da proteína, que ficou conhecida como WORF. O bESTscan (Expressed Sequence Tags) foi desenvolvido para os transcriptomas, técnica que se concentra na busca de sequências de RNA codificadoras de proteína. “A bioinformática é hoje o gargalo do desenvolvimento da genômica”, conclui Bacci Jr.

 

Paula Drummond de Castro