Genoma ampliado permitiu diversificação alimentar dos cupins

Operários da espécie Anoplotermes pacificus com rainha em colônia (foto: Tiago Carrijo/UFABC)

André Julião | Agência FAPESP – Nem sempre são as condições ecológicas que determinam os genes, mas são estes que permitem que um mesmo grupo de animais ocupe nichos tão diferentes como troncos de árvores e subsolo. É o que mostra o maior sequenciamento de genomas de cupins, que analisou 47 espécies de insetos e cujos primeiros resultados foram publicados na revista Nature Communications.

As análises apontaram que houve uma expansão dos genomas antes mesmo que o grupo fosse dividido entre os que se alimentam de madeira e os que se alimentam de solo. Foi a adição de novos genes e elementos transponíveis – sequências de DNA que podem mudar de posição no genoma e exercer funções diferentes – que permitiu que, posteriormente, os cupins pudessem exercer hábitos alimentares tão distintos.

“A divergência evolutiva ocorreu antes da ecológica. Quando começaram a explorar os ambientes, os cupins tinham um arcabouço genético bem amplo, com muitos genes responsáveis pela digestão de carboidratos complexos, como celulose e hemicelulose”, conta Ives Haifig, professor do Centro de Ciências Naturais e Humanas da Universidade Federal do ABC (CCNH-UFABC), em Santo André, único coautor brasileiro do estudo.

O pesquisador coordena o projeto “Consequências da perda dos soldados na imunidade social em cupins (Isoptera: Termitidae)”, apoiado pela FAPESP.

A capacidade de digerir celulose, hemicelulose e lignina é uma das razões que tornam os cupins interessantes do ponto de vista biotecnológico. Futuras descobertas poderiam ser aplicadas na produção de biocombustíveis, por exemplo.

Haifig explica que o trabalho, primeiro de uma série sobre o genoma dos cupins, tem como principal objetivo trazer as ferramentas necessárias para análises mais aprofundadas. Nos próximos trabalhos, o grupo vai analisar como o genoma está relacionado a aspectos como comportamento social e imunidade, por exemplo.

“Até então, tinha-se apenas genomas baseados em sequências curtas de nove espécies de cupins. Neste trabalho, realizamos o sequenciamento de longos trechos do genoma de 45 espécies, representativas de cerca de 80% da diversidade atual de famílias de cupins, que tem 3 mil espécies descritas, além de duas espécies de baratas, parentes mais próximos dos cupins”, relata Haifig.

Caixa de ferramentas

O pesquisador lembra que o genoma em si não traz as funções específicas dos genes, mas o potencial genético. Para saber como esses genes atuam, é necessário realizar estudos de transcriptômica, que indicam o que está sendo transcrito pelos genes, e experimentos funcionais. “É como se agora tivéssemos uma caixa completa de ferramentas, enquanto antes tínhamos apenas uma ou duas”, define o pesquisador.

Nos últimos anos, seu grupo tem realizado estudos desse tipo para entender a imunidade social dos cupins, que é a capacidade dos insetos sociais de protegerem suas colônias de patógenos, característica compartilhada também por formigas (leia mais em: agencia.fapesp.br/54320).

Uma das espécies estudadas no laboratório de Haifig é a Anoplotermes pacificus, cujo genoma foi sequenciado para o estudo publicado agora. “É uma espécie particularmente interessante porque não apresenta a casta de soldados, amplamente conhecidos por realizar a defesa da colônia. Os dados genômicos deste estudo nos dizem o que é possível, e os experimentos que fazemos dizem o que de fato acontece”, explica.

Os cupins aparecem no registro fóssil no Cretáceo Inferior, cerca de 130 milhões de anos atrás. A maior diversidade é encontrada na família Termitidae, originada no Eoceno, em torno de 50 milhões de anos atrás e que se diversificou há cerca de 30 milhões de anos. A família compõe cerca de 80% das espécies de cupim existentes hoje e por isso é o foco da maior parte dos estudos.

Enquanto 12 outras famílias se alimentam basicamente de madeira, com o auxílio de protozoários que vivem no seu sistema digestivo, os Termitidae que perderam seus simbiontes flagelados se alimentam de diversos tipos de matéria orgânica do gradiente de decomposição: além de madeira, pequenos organismos que vivem nela (microepífitas), madeira em decomposição, húmus, solo e até fungos.

“Ao demonstrar que a expansão do genoma ocorreu antes da diversificação dos hábitos alimentares, o estudo altera a forma de compreender a evolução dos cupins. Mais do que responder a uma questão específica, o trabalho inaugura uma nova fase de pesquisas sobre esses insetos, ao disponibilizar genomas de alta qualidade que servirão de base para investigações futuras sobre comportamento social, imunidade e adaptações ecológicas responsáveis pelo sucesso evolutivo do grupo”, encerra o pesquisador.

O artigo Unravelling the evolution of wood-feeding in termites with 47 high-resolution genome assemblies pode ser lido em: nature.com/articles/s41467-025-65969-5.