O que o genoma da aranha-marinha revela sobre a sua anatomia bizarra
O primeiro genoma de alta qualidade de um picnogonídeo fornece novos conhecimentos sobre o evo-devo dos quelicerados
Uma colaboração internacional entre a Universidade de Viena e a Universidade de Wisconsin-Madison (EUA) conduziu à primeira montagem do genoma a nível cromossómico de uma aranha-marinha (Pycnogonum litorale). O genoma informa sobre o desenvolvimento do plano corporal caraterístico da aranha-marinha e constitui um marco para revelar a história evolutiva dos quelicerados em geral. O estudo foi recentemente publicado na revista BMC Biology.
As aranhas-do-mar (Pycnogonida) são artrópodes marinhos com uma anatomia muito invulgar: o seu tronco é muito estreito e curto, muitos dos seus órgãos internos estendem-se para as suas longas pernas e o seu abdómen é extremamente reduzido, ao ponto de ser quase irreconhecível. Juntamente com animais muito mais conhecidos, como as aranhas, os escorpiões, os ácaros ou os caranguejos-ferradura, as aranhas-do-mar pertencem ao grupo dos quelicerados, cujo nome deriva das suas peças bucais em forma de garra, as quelíceras. O bizarro plano corporal destes "não-corpos" levanta questões fascinantes: que factores genéticos estão na base da sua formação? E o que é que isso nos pode dizer sobre a história evolutiva dos quelicerados? As respostas estão no seu genoma.
Um genoma de alta resolução
Para produzir a montagem do genoma, os investigadores combinaram tecnologias de sequenciação complementares. Em primeiro lugar, o material genético de um único indivíduo de P. litorale foi obtido utilizando a chamada "sequenciação de leitura longa", uma tecnologia capaz de capturar trechos muito longos de ADN. Isto facilita a montagem correta de regiões genómicas repetidas ou complexas que, de outra forma, seriam um desafio. Em seguida, a organização espacial do genoma foi testada num segundo indivíduo de P. litorale, revelando quais os pedaços de ADN que se encontram próximos uns dos outros no núcleo da célula. Tirando partido da informação sobre a distância, é possível determinar a ordem correta dos trechos de ADN sequenciados. Esta combinação de fontes de dados levou à montagem de 57 pseudocromossomas, representando quase todo o genoma da aranha-do-mar numa resolução sem precedentes. Este foi adicionalmente complementado por novos conjuntos de dados sobre a atividade dos genes em várias fases de desenvolvimento da P. litorale. "Os genomas de muitos organismos de laboratório não canónicos são difíceis de montar, e Pycnogonum não é exceção. Só a combinação de fontes de dados modernas de elevado rendimento tornou possível um genoma de alta qualidade", afirma o primeiro autor do estudo, Nikolaos Papadopoulos, do Departamento de Biologia Evolutiva da Universidade de Viena. "Isto pode agora servir como um trampolim para novas investigações".
Genes perdidos, efeitos visíveis
A equipa de investigação prestou especial atenção ao chamado grupo Hox - uma família de genes que é evolutivamente conservada em todo o reino animal. "Nos artrópodes, os genes Hox desempenham um papel central na especificação correta dos diferentes segmentos do corpo; mas também em muitos outros grupos de animais são 'controladores principais' essenciais durante o desenvolvimento do plano corporal", explica Andreas Wanninger, um dos responsáveis pelo projeto no Departamento de Biologia Evolutiva da Universidade de Viena. O segredo excitante do Pycnogonum litorale: uma parte do grupo Hox está completamente ausente do genoma, nomeadamente o abdominal-A (Abd-A), um gene tipicamente envolvido na especificação e desenvolvimento da parte posterior do corpo. A sua ausência pode estar relacionada com a extrema redução do abdómen dos picnogonídeos. Condições semelhantes foram observadas noutros artrópodes com posteriores reduzidos, como certos ácaros e cracas. Assim, as aranhas-do-mar oferecem outro exemplo da relação evolutiva bem documentada entre a perda de genes Hox e a redução de partes do corpo.
O genoma também oferece informações sobre padrões evolutivos mais amplos. Ao contrário das aranhas e dos escorpiões, cujos genomas mostram sinais claros de duplicações antigas de todo o genoma, não se encontram tais vestígios no genoma da P. litorale. Como os picnogonídeos são considerados o táxon irmão de todos os quelicerados, este facto sugere que o genoma do antepassado dos quelicerados não tinha já estas duplicações; em vez disso, elas devem ter acontecido muito mais tarde na evolução, para certos subgrupos de quelicerados.
Um novo genoma de referência
Este genoma de alta qualidade, recentemente montado, abre caminho para estudos comparativos posteriores. P. litorale torna-se assim uma nova e valiosa espécie de referência no que respeita a questões sobre as inter-relações entre quelicerados e a evolução dos seus planos corporais, bem como os mecanismos genéticos subjacentes à diversidade dos artrópodes. "Do ponto de vista do desenvolvimento evolutivo, as aranhas-do-mar são muito interessantes: o seu modo de desenvolvimento pode ser ancestral para os artrópodes, mas ao mesmo tempo apresentam múltiplas inovações no plano corporal que lhes são exclusivas. Para além disso, possuem também capacidades regenerativas notáveis", explica o último autor, Georg Brenneis, do Departamento de Biologia Evolutiva da Universidade de Viena. E acrescenta: "Agora que dispomos do genoma e de conjuntos de dados abrangentes sobre as actividades dos genes durante o desenvolvimento, podemos estudar sistematicamente todos estes aspectos a nível molecular".
Os investigadores utilizarão o novo genoma de referência para estudos posteriores sobre a regulação dos genes, o desenvolvimento e a regeneração dos quelicerados, com o objetivo de compreender melhor os processos subjacentes ao sucesso evolutivo deste grupo.
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Publicação original
Nikolaos Papadopoulos, Siddharth S. Kulkarni, Christian Baranyi, Bastian Fromm, Emily V. W. Setton, Prashant P. Sharma, Andreas Wanninger, Georg Brenneis; "The genome of a sea spider corroborates a shared Hox cluster motif in arthropods with a reduced posterior tagma"; BMC Biology, Volume 23, 2025-7-2
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