Genômica e Fenômica de Artrópodes

Equipe

Bruno C Genevcius

Pesquisador Principal

Comecei na ciência estudando taxonomia de percevejos maria-fedida durante minha graduação. Logo percebi que havia muitos gêneros cuja morfologia geral era relativamente estática, mas cujas genitálias eram surpreendentemente diversas. Mergulhei na literatura sobre evolução genital e percebi que esse era um fenômeno amplamente difundido entre os animais. Descobri que os traços genitais são realmente especiais em termos evolutivos. No entanto, havia muito mais perguntas em aberto do que respostas nessa área. O estudo da evolução genital, ao qual venho dedicando meu tempo desde o mestrado, tem ajudado a responder questões fascinantes e amplas na biologia evolutiva. Por que alguns traços são muito mais complexos do que outros? Por que algumas características evoluem extremamente rápidas, enquanto outras permanecem virtualmente inalteradas? Como machos e fêmeas podem exibir tantas diferenças comportamentais e morfológicas, apesar de terem essencialmente o mesmo genoma? Quais assinaturas todos esses processos deixaram no genoma dos animais? Para responder a essas perguntas, combino métodos comparativos filogenéticos, dados em escala genômica e análises morfométricas. No meu tempo livre, gosto de fermentar bebidas, tocar guitarra, e trabalhar com madeiras.

Denis Calandriello

Doutorando

Denis está estudando plasticidade fenotípica nas genitálias do percevejo marrom da soja. Ele está investigando como cenários alternativos de competição macho-macho afeta o desenvolvimento das genitálias masculinas. Denis está estudando mudanças morfológicas em resposta ao aumento da seleção sexual, e já encontrou vários genes associados a esse mecanismo de plasticidade.

Daniel Batista

Graduação

Já descobrimos previamente que o tamanho genital masculino no percevejo marrom responde plasticamente à seleção sexual acentuada. Daniel está testando se essa resposta plástica é passada para as próximas gerações através de herança epigenética.

Paulo Arai

Graduação

Paulo está interessado em delimitação de espécies. Ele está estudando um complexo de espécies de percevejo usando morfometria geométrica, e em breve começará a implementar dados genômicos.

Pesquisa

CONECTANDO FUNÇÃO, DESENVOLVIMENTO E ADAPTAÇÃO

A função é outro componente essencial da evolução morfológica, já que a seleção age sobre demandas funcionais. Genitálias de insetos são estruturas ideais para estudar a interação entre função e desenvolvimento. Isso porque as genitálias de insetos são funcionalmente complexas, com muitas partes desempenhando funções distintas, mas também são complexas em termos de desenvolvimento, com suas partes se originando de múltiplos tecidos/segmentos.

Nós combinamos dados de desenvolvimento e morfologia funcional para entender quais desses dois fatores são mais determinantes para a evolução genital. Em um estudo de 2020 publicado na Evolution, mostramos que o desenvolvimento é um fator de restrição mais relevante para as fêmeas de percevejos, já que detectamos módulos de desenvolvimento bem definidos. Em contraste, a função é mais determinante para a organização modular das genitálias masculinas, pois as partes que funcionam juntas durante a cópula formam módulos. Esse padrão é consistente dentro e entre espécies, sugerindo uma conservação evolutiva da modularidade genital.

MÉTODOS COMPARATIVOS E O TEMPO DA MUDANÇA EVOLUTIVA

O "tempo evolutivo" refere-se à taxa de mudança exibida por fenótipos e genótipos ao longo do tempo. Combinando filogenias moleculares, fósseis e métodos estatísticos específicos, é possível estimar a velocidade com que diferentes características mudaram. A taxa de mudança pode fornecer pistas importantes sobre como a evolução ocorreu. Por exemplo, características que evoluem muito rapidamente podem ter sofrido uma seleção mais intensa em comparação a características de evolução mais lenta. Nesse contexto, as genitálias provavelmente são os melhores modelos para elucidar os mecanismos da evolução acelerada, já que são as características de evolução mais rápida conhecidas em insetos e muitos outros grupos.

Utilizando métodos comparativos filogenéticos aplicados a características genitais, investigo o tempo das mudanças genitais e busco assinaturas de possíveis processos subjacentes. Por exemplo, junto com meus colaboradores, mostramos pela primeira vez pode evoluir muito rapidamente assim como a masculina, contrário à crença disseminada na literatura taxonômica. Em outro estudo, investigamos os pontos no tempo em que as genitálias masculinas e femininas de besouros passaram de membranosas para rígidas (e vice-versa). Mostramos que as mudanças nas genitálias femininas quase sempre precederam as mudanças masculinas. Isso sugere que a coevolução entre as genitálias masculina e feminina pode ser "orientada-pela-fêmea" em certos casos e, novamente, que o papel das estruturas femininas no curso da evolução fora subestimado.

BASES GENÔMICAS DA EVOLUÇÃO MORFOLÓGICA

Os mesmos genes que regulam o desenvolvimento, desde o ovo até o adulto, são os alvos da seleção natural e de outros processos evolutivos. Como resultado, espera-se que os padrões e processos que governam a evolução dos fenótipos deixem assinaturas específicas no genoma dos organismos. Entender a conexão entre genótipo e fenótipo, especialmente em escalas de tempo longas, é o que motiva grande parte da minha pesquisa atualmente. Tenho combinado diferentes tipos de dados em escala genômica, como níveis de expressão gênica, composição de sequências, tamanhos de famílias gênicas, entre outros, para estudar as origens da complexidade genital. Por enquanto, descobrimos que a macroevolução do tamanho genital deixou assinaturas de seleção em diversos genes que regulam diferentes processos morfogenéticos, sugerindo que o tamanho genital, por si só, é um traço complexo. Mas aguarde por mais! Estamos descobrindo muitas coisas interessantes sobre o que governa a plasticidade genital e como surgem novos traços genitais.

Artigos

Ensino

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