Os nenúfares ocupam uma posição próxima à base da árvore filogenética das angiospermas, uma posição que torna os nenúfares valiosos para o estudo dos primeiros passos na evolução dessas plantas. No entanto, os seus genomas são frequentemente difíceis de sequenciar, pois muitas espécies possuem genomas grandes, ricos em repetições ou poliploides.
O desenvolvimento dos nenúfares ocorre em habitats aquáticos instáveis, onde as folhas podem passar de condições submersas para o ar seco, enquanto as sementes necessitam de germinar rapidamente em água rica em microrganismos.
Os genomas preliminares podem não incluir regiões repetitivas que podem conter informações regulatórias importantes.
Em face destes desafios, há necessidade de conduzir investigações aprofundadas sobre os genomas completos dos nenúfares e os sistemas regulatórios de desenvolvimento que ajudam as plantas aquáticas ancestrais a se adaptarem a ambientes em constante mudança.
O estudo já publicado na revista “Horticulture Research”, e conduzido por investigadores da Universidade de Hainan e da Universidade Agrícola de Nanjing, gerou uma montagem genómica completa, telómero a telómero, sem lacunas, da Nymphaea minuta, utilizando sequenciamento de alta-fidelidade de leitura longa e captura de conformação cromossómica de alto rendimento. Além disso, integraram 165 amostras de sequenciamento de RNA de 15 órgãos e estágios de desenvolvimento para mapear como a planta aquática ancestral regula o crescimento, a resposta ao stress e o estabelecimento de sementes.
A montagem resolveu todos os 14 cromossomos sem lacunas, incluindo 27 telómeros e 14 centrómeros, e anotou 21.860 genes codificadores de proteínas. Isso torna a Nymphaea minuta uma referência mais limpa e compacta do que diversas ninfeias relacionadas, reforçando o valor como modelo de laboratório.
O atlas do transcriptoma agrupou as amostras em sete trajetórias de desenvolvimento: arquitetura, lâmina foliar, flor, fruto, órgãos subterrâneos, semente e plântula. O estudo também identificou 1.179 genes específicos de órgãos, incluindo genes associados aos estames, ligados à composição química do aroma floral, e genes associados às folhas, relacionados à manutenção do meristema e ao retardo da senescência. Sob estresse hídrico, o estudo revelou uma resposta foliar em duas etapas. Primeiro, um módulo de deteção de superfície e a sinalização da proteína quinase ativada por mitogénio ajudam a desencadear respostas protetoras rápidas.
À medida que a seca se torna severa, a planta passa a realizar remodelação pós-transcricional: os genes LSM1B, LSM2 e ENOC ativam a maquinaria de degradação de RNA, que pode eliminar RNAs mensageiros (mRNAs) não essenciais, conservando energia até o retorno da água. Durante a germinação, o gene MLS dá suporte ao ciclo do glioxilato, enquanto os fatores de transcrição da família ERF1, conectam a sinalização do etileno, do ácido abscísico e do ácido jasmónico com os genes PR1 relacionados à defesa. Em conjunto, esses módulos descrevem uma planta que não suporta apenas o stress ambiental, mas alterna ativamente entre programas de crescimento, sobrevivência e recuperação.
Os autores do estudo afirmaram que o estudo demonstra como um pequeno nenúfar pode carregar uma grande mensagem evolutiva. Eles explicaram que o genoma completo não é apenas uma sequência de referência, mas um mapa vivo de como as plantas com flores ancestrais fazem a gestão do risco: as folhas utilizam um sistema de alerta precoce para o ressecamento, enquanto as sementes transformam a energia armazenada em crescimento sem deixar as mudas jovens indefesas. Esta visão combinada da estrutura do genoma e da atividade génica, segundo eles, ajuda a explicar como os nenúfares permanecem ancestrais na origem e, ao mesmo tempo, altamente adaptáveis aos ambientes modernos.
Além da biologia evolutiva, o trabalho fornece ferramentas práticas para investigação, melhoramento genético e conservação de plantas aquáticas. Um genoma de referência completo pode auxiliar investigadores a localizar genes ligados a características ornamentais, como forma da flor, aroma, cor e hábito de crescimento, enquanto os modelos de resposta ao estresse apontam para possíveis vias para melhorar a resiliência em culturas aquáticas e nenúfares de jardim.
Nymphaea minuta é pequena, diploide, fácil de cultivar, produz muitas sementes e também pode ser mantida por meio de tubérculos, tornando-a adequada para estudos laboratoriais repetíveis. Com o aumento da frequência das flutuações hídricas devido às mudanças climáticas, este lírio-d’água em miniatura pode tornar-se um modelo poderoso para entendermos como as plantas sobrevivem na fronteira entre a água e a terra.
