Nome do Projeto
Evolução da forma corporal em Drosophilidae: uma abordagem comparativa multiescala da genética, crescimento e organização dos tecidos
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
19/06/2026 - 18/06/2030
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Biológicas
Resumo
A diversidade morfológica observada entre espécies representa uma das propriedades mais marcantes da evolução biológica. No entanto, continua pouco claro como sistemas de crescimento e organização dos tecidos, amplamente conservados entre os animais, conseguem gerar trajetórias evolutivas distintas de tamanho, forma corporal e arquitetura anatômica sem comprometer a integração funcional do organismo.
Este projeto procura compreender os mecanismos celulares, genéticos e físicos que regulam a evolução da forma corporal em Drosophilidae, utilizando uma abordagem comparativa que integra biologia evolutiva do desenvolvimento, genética funcional, morfometria, microscopia avançada e reconstrução tridimensional de tecidos.
Resultados preliminares obtidos no âmbito do projeto mostram que espécies próximas do ponto de vista filogenético podem apresentar diferenças muito acentuadas de tamanho abdominal, padrões distintos de proporcionalidade entre segmentos corporais, alterações na duração do crescimento e diferenças na organização celular da epiderme abdominal durante a metamorfose. Estes resultados sugerem que diferentes linhagens podem atingir soluções morfológicas semelhantes através de alterações distintas nos parâmetros de crescimento e organização dos tecidos.
O projeto pretende investigar:
- como a variação morfológica se distribui ao longo da filogenia de Drosophilidae;
- quais os parâmetros celulares e fisiológicos associados à evolução do tamanho corporal;
- de que forma a modularidade e a integração morfológica condicionam trajetórias evolutivas;
- e como fatores ecológicos, genômicos e biomecânicos interagem durante a evolução da forma.
Para isso serão combinadas:
- análises morfométricas em larga escala;
- quantificação de tempos de desenvolvimento e crescimento;
- microscopia confocal e live imaging;
- microtomografia computorizada convencional e por radiação síncrotron;
- produção de organismos geneticamente modificados;
- desenvolvimento de ferramentas transgênicas comparativas;
- transcriptômica e genômica comparativa;
- análise computacional multiescala;
- e construção de bases de dados imagéticas e recursos comparativos para a comunidade científica.
Para além da componente mecanística, o projeto pretende também estabelecer uma plataforma comparativa experimental para estudos evolutivos em espécies não-modelo, integrando coleções biológicas vivas, ferramentas genéticas e recursos imagéticos de referência para Drosophilidae.
Objetivo Geral
Compreender como processos celulares, genéticos e físicos interagem para gerar diversidade morfológica ao longo da evolução, utilizando Drosophilidae como sistema comparativo para investigar os mecanismos que regulam crescimento, integração dos tecidos e evolução da forma corporal.
Objetivos específicos
1. Caracterizar a estrutura filogenética da variação de tamanho e forma corporal em Drosophilidae.
2. Identificar parâmetros de crescimento e organização dos tecidos associados à evolução do tamanho abdominal entre espécies próximas.
3. Investigar como diferenças na duração do crescimento larvar e metamórfico contribuem para divergência morfológica.
4. Comparar a organização celular dos epitélios abdominais, incluindo células larvares da epiderme e histoblastos, durante o desenvolvimento de espécies com contrastes marcados de tamanho corporal.
5. Desenvolver ferramentas genéticas e transgênicas aplicáveis a múltiplas espécies de Drosophilidae, nomeadamente através da utilização de transposons piggyBac para gerar linhagens com expressão de marcadores fluorescentes de junções epiteliais destinados a live imaging e segmentação da geometria epitelial. Estas linhagens serão utilizadas para quantificar dinâmicas celulares durante o crescimento dos tecidos, incluindo taxas de proliferação, expansão epitelial e crescimento celular ao longo do desenvolvimento.
6. Explorar relações de proporcionalidade entre órgãos internos e estruturas externas através de reconstrução anatômica tridimensional, investigando de que forma a massa e morfologia abdominal evoluem em associação com a capacidade muscular toráxica, o número e dimensão das ovariolos, bem como com o volume relativo e proporções dos diferentes tagmas corporais, incluindo tórax e cabeça.
7. Investigar associações entre morfologia, ecologia (incluindo nicho trófico, fecundidade e dispersão geográfica), arquitetura genômica (como tamanho genômico, presença de neo-cromossomas sexuais, compensação de dosagem incompleta e quantificação de genes duplicados) e história evolutiva em diferentes linhagens de Drosophilidae.
8. Construir recursos comparativos estandardizados para estudos de Drosophilidae, incluindo bancos de imagens, datasets morfológicos, ferramentas genéticas e coleções biológicas vivas de referência para a comunidade científica.
Objetivos específicos
1. Caracterizar a estrutura filogenética da variação de tamanho e forma corporal em Drosophilidae.
2. Identificar parâmetros de crescimento e organização dos tecidos associados à evolução do tamanho abdominal entre espécies próximas.
3. Investigar como diferenças na duração do crescimento larvar e metamórfico contribuem para divergência morfológica.
4. Comparar a organização celular dos epitélios abdominais, incluindo células larvares da epiderme e histoblastos, durante o desenvolvimento de espécies com contrastes marcados de tamanho corporal.
5. Desenvolver ferramentas genéticas e transgênicas aplicáveis a múltiplas espécies de Drosophilidae, nomeadamente através da utilização de transposons piggyBac para gerar linhagens com expressão de marcadores fluorescentes de junções epiteliais destinados a live imaging e segmentação da geometria epitelial. Estas linhagens serão utilizadas para quantificar dinâmicas celulares durante o crescimento dos tecidos, incluindo taxas de proliferação, expansão epitelial e crescimento celular ao longo do desenvolvimento.
6. Explorar relações de proporcionalidade entre órgãos internos e estruturas externas através de reconstrução anatômica tridimensional, investigando de que forma a massa e morfologia abdominal evoluem em associação com a capacidade muscular toráxica, o número e dimensão das ovariolos, bem como com o volume relativo e proporções dos diferentes tagmas corporais, incluindo tórax e cabeça.
7. Investigar associações entre morfologia, ecologia (incluindo nicho trófico, fecundidade e dispersão geográfica), arquitetura genômica (como tamanho genômico, presença de neo-cromossomas sexuais, compensação de dosagem incompleta e quantificação de genes duplicados) e história evolutiva em diferentes linhagens de Drosophilidae.
8. Construir recursos comparativos estandardizados para estudos de Drosophilidae, incluindo bancos de imagens, datasets morfológicos, ferramentas genéticas e coleções biológicas vivas de referência para a comunidade científica.
Justificativa
Grande parte da genética do desenvolvimento foi construída a partir de um número reduzido de organismos modelo, limitando a compreensão de como sistemas de crescimento e morfogênese evoluem em escalas macroevolutivas. O desenvolvimento recente de ferramentas genômicas, técnicas de imagem tridimensional e métodos de engenharia genética permite hoje expandir abordagens experimentais a conjuntos muito mais amplos de espécies.
Drosophilidae constitui um sistema particularmente poderoso para este tipo de investigação devido:
- à enorme diversidade morfológica e ecológica do grupo;
- à existência de uma filogenia relativamente bem resolvida;
- à crescente disponibilidade de recursos genômicos;
- e à possibilidade de adaptação de ferramentas genéticas a espécies não-modelo.
Resultados preliminares deste projeto sugerem que diferentes linhagens podem atingir tamanhos corporais semelhantes através de mecanismos biológicos distintos. Em alguns grupos, tamanhos corporais maiores parecem associados a períodos mais longos de crescimento, enquanto noutros essa relação surge parcialmente invertida. Observam-se igualmente diferenças significativas nos perfis de proporcionalidade entre segmentos corporais, sugerindo modularidade morfológica e restrições específicas sobre a evolução da forma.
Estas observações levantam questões fundamentais:
- existem trajetórias preferenciais para a evolução do tamanho corporal?
- que parâmetros celulares podem variar independentemente?
- até que ponto propriedades emergentes dos sistemas de crescimento condicionam a direção da evolução?
- e como interagem crescimento, biomecânica e integração dos tecidos durante a formação de novas formas corporais?
O projeto pretende abordar estas questões através da construção de uma plataforma comparativa multiescala que integra morfologia, desenvolvimento, genética e imagem avançada em centenas de espécies de Drosophilidae.
Drosophilidae constitui um sistema particularmente poderoso para este tipo de investigação devido:
- à enorme diversidade morfológica e ecológica do grupo;
- à existência de uma filogenia relativamente bem resolvida;
- à crescente disponibilidade de recursos genômicos;
- e à possibilidade de adaptação de ferramentas genéticas a espécies não-modelo.
Resultados preliminares deste projeto sugerem que diferentes linhagens podem atingir tamanhos corporais semelhantes através de mecanismos biológicos distintos. Em alguns grupos, tamanhos corporais maiores parecem associados a períodos mais longos de crescimento, enquanto noutros essa relação surge parcialmente invertida. Observam-se igualmente diferenças significativas nos perfis de proporcionalidade entre segmentos corporais, sugerindo modularidade morfológica e restrições específicas sobre a evolução da forma.
Estas observações levantam questões fundamentais:
- existem trajetórias preferenciais para a evolução do tamanho corporal?
- que parâmetros celulares podem variar independentemente?
- até que ponto propriedades emergentes dos sistemas de crescimento condicionam a direção da evolução?
- e como interagem crescimento, biomecânica e integração dos tecidos durante a formação de novas formas corporais?
O projeto pretende abordar estas questões através da construção de uma plataforma comparativa multiescala que integra morfologia, desenvolvimento, genética e imagem avançada em centenas de espécies de Drosophilidae.
Metodologia
O projeto integrará abordagens experimentais, quantitativas e computacionais em múltiplas escalas biológicas.
1. Levantamento morfométrico comparativo
Serão analisadas centenas de espécies de Drosophilidae selecionadas com base em diversidade filogenética. Serão obtidas medidas padronizadas de:
-tergitos e esternitos abdominais;
-asas;
-tíbias posteriores;
-cabeça;
-tórax;
- tamanho pupal;
Os dados serão integrados a análises filogenéticas comparativas e modelos evolutivos.
2. Desenvolvimento e crescimento
Serão quantificados:
- tempo de desenvolvimento larval;
- duração da metamorfose;
- peso crítico (massa mínima necessária para a pupariação);
O objetivo será determinar como trajetórias temporais de desenvolvimento se relacionam à evolução do tamanho corporal.
3. Biologia celular e morfogênese
Serão comparadas:
- especificação de histoblastos, utilizando o gene marcador ‘escargot’;
- número e tamanho das células da epiderme larvar e histoblastos;
- dinâmica de expansão epitelial;
- arquitetura dos tecidos larvais e pupais;
Serão utilizadas microscopia confocal, live imaging e análise quantitativa de tecidos.
4. Imagem tridimensional e anatomia comparativa
O projeto utilizará:
- microCT convencional (Brucker SkyScan 1276 CMOS);
- microCT por radiação síncrotron (DESY-EMBL);
- reconstrução tridimensional;
- segmentação computacional com recurso a u-nets;
- pipelines de análise volumétrica e anatômica.
Isso permitirá investigar relações de escalabilidade entre órgãos internos, musculatura, epitélios e exoesqueleto.
5. Genética funcional e transgenia
Serão desenvolvidas ferramentas genéticas comparativas incluindo:
- sistemas CRISPR/Cas9;
- knock-ins fluorescentes;
- marcadores epiteliais;
- drivers tecido-específicos;
- plataformas de live imaging multiespécies.
6. Genômica comparativa e integração de dados
O projeto integrará:
- transcriptômica;
- genômica comparativa;
- arquitetura cromossômica;
- relações filogenéticas;
- dados ecológicos;
- análises morfométricas.
Também serão desenvolvidos pipelines computacionais para integração multimodal de datasets.
1. Levantamento morfométrico comparativo
Serão analisadas centenas de espécies de Drosophilidae selecionadas com base em diversidade filogenética. Serão obtidas medidas padronizadas de:
-tergitos e esternitos abdominais;
-asas;
-tíbias posteriores;
-cabeça;
-tórax;
- tamanho pupal;
Os dados serão integrados a análises filogenéticas comparativas e modelos evolutivos.
2. Desenvolvimento e crescimento
Serão quantificados:
- tempo de desenvolvimento larval;
- duração da metamorfose;
- peso crítico (massa mínima necessária para a pupariação);
O objetivo será determinar como trajetórias temporais de desenvolvimento se relacionam à evolução do tamanho corporal.
3. Biologia celular e morfogênese
Serão comparadas:
- especificação de histoblastos, utilizando o gene marcador ‘escargot’;
- número e tamanho das células da epiderme larvar e histoblastos;
- dinâmica de expansão epitelial;
- arquitetura dos tecidos larvais e pupais;
Serão utilizadas microscopia confocal, live imaging e análise quantitativa de tecidos.
4. Imagem tridimensional e anatomia comparativa
O projeto utilizará:
- microCT convencional (Brucker SkyScan 1276 CMOS);
- microCT por radiação síncrotron (DESY-EMBL);
- reconstrução tridimensional;
- segmentação computacional com recurso a u-nets;
- pipelines de análise volumétrica e anatômica.
Isso permitirá investigar relações de escalabilidade entre órgãos internos, musculatura, epitélios e exoesqueleto.
5. Genética funcional e transgenia
Serão desenvolvidas ferramentas genéticas comparativas incluindo:
- sistemas CRISPR/Cas9;
- knock-ins fluorescentes;
- marcadores epiteliais;
- drivers tecido-específicos;
- plataformas de live imaging multiespécies.
6. Genômica comparativa e integração de dados
O projeto integrará:
- transcriptômica;
- genômica comparativa;
- arquitetura cromossômica;
- relações filogenéticas;
- dados ecológicos;
- análises morfométricas.
Também serão desenvolvidos pipelines computacionais para integração multimodal de datasets.
Indicadores, Metas e Resultados
1. Indicadores de execução:
- Número de espécies de Drosophilidae mantidas e caracterizadas em laboratório;
- Número de espécies analisadas morfometricamente;
- Número de datasets morfológicos, transcriptômicos e imagéticos produzidos;
- Número de reconstruções anatómicas tridimensionais obtidas por microCT e síncrotron;
- Número de linhagens transgénicas e recursos genéticos desenvolvidos;
- Número de protocolos experimentais estandardizados para espécies não-modelo;
- Número de colaborações nacionais e internacionais estabelecidas;
- Produção científica associada ao projeto, incluindo artigos, apresentações em conferências e recursos públicos.
- Publicação de um guia visual de espécies de Drosophilidae passíveis de manutenção e cultura laboratorial.
2. Metas
- Estabelecer uma plataforma comparativa multiespécies para análise da evolução da forma corporal em Drosophilidae;
- Produzir um levantamento morfométrico estandardizado de espécies representativas da diversidade filogenética de Drosophilidae;
- Desenvolver ferramentas genéticas aplicáveis a múltiplas espécies não-modelo;
- Gerar recursos imagéticos tridimensionais para análise comparativa da anatomia interna e externa;
- Quantificar parâmetros celulares e temporais associados à evolução do tamanho corporal;
- Integrar dados morfológicos, celulares, ecológicos e genômicos em análises comparativas;
- Consolidar uma colecção biológica viva e recursos comparativos de referência para estudos futuros.
3. Resultados esperados
Espera-se que o projeto permita identificar princípios biológicos associados à evolução do tamanho e forma corporal em Drosophilidae, incluindo relações entre crescimento, organização dos tecidos, dinâmica do desenvolvimento e integração morfológica.
O projeto deverá também gerar:
- recursos genéticos e imagéticos aplicáveis a espécies não-modelo;
- datasets comparativos de elevada resolução;
- metodologias experimentais transferíveis para outros sistemas comparativos;
- infraestrutura biológica e computacional de apoio a estudos futuros em biologia evolutiva do desenvolvimento.
Adicionalmente, espera-se fortalecer redes internacionais de colaboração científica e contribuir para preservação e expansão de recursos biológicos de Drosophilidae mantidos em laboratório.
- Número de espécies de Drosophilidae mantidas e caracterizadas em laboratório;
- Número de espécies analisadas morfometricamente;
- Número de datasets morfológicos, transcriptômicos e imagéticos produzidos;
- Número de reconstruções anatómicas tridimensionais obtidas por microCT e síncrotron;
- Número de linhagens transgénicas e recursos genéticos desenvolvidos;
- Número de protocolos experimentais estandardizados para espécies não-modelo;
- Número de colaborações nacionais e internacionais estabelecidas;
- Produção científica associada ao projeto, incluindo artigos, apresentações em conferências e recursos públicos.
- Publicação de um guia visual de espécies de Drosophilidae passíveis de manutenção e cultura laboratorial.
2. Metas
- Estabelecer uma plataforma comparativa multiespécies para análise da evolução da forma corporal em Drosophilidae;
- Produzir um levantamento morfométrico estandardizado de espécies representativas da diversidade filogenética de Drosophilidae;
- Desenvolver ferramentas genéticas aplicáveis a múltiplas espécies não-modelo;
- Gerar recursos imagéticos tridimensionais para análise comparativa da anatomia interna e externa;
- Quantificar parâmetros celulares e temporais associados à evolução do tamanho corporal;
- Integrar dados morfológicos, celulares, ecológicos e genômicos em análises comparativas;
- Consolidar uma colecção biológica viva e recursos comparativos de referência para estudos futuros.
3. Resultados esperados
Espera-se que o projeto permita identificar princípios biológicos associados à evolução do tamanho e forma corporal em Drosophilidae, incluindo relações entre crescimento, organização dos tecidos, dinâmica do desenvolvimento e integração morfológica.
O projeto deverá também gerar:
- recursos genéticos e imagéticos aplicáveis a espécies não-modelo;
- datasets comparativos de elevada resolução;
- metodologias experimentais transferíveis para outros sistemas comparativos;
- infraestrutura biológica e computacional de apoio a estudos futuros em biologia evolutiva do desenvolvimento.
Adicionalmente, espera-se fortalecer redes internacionais de colaboração científica e contribuir para preservação e expansão de recursos biológicos de Drosophilidae mantidos em laboratório.
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| CARLOS HENRIQUE MACEDO VARGAS | |||
| JESSICA PINHEIRO LETTNINN | |||
| JULIANA TRAPP JUNG DE SOUZA | |||
| MARCO SILVA GOTTSCHALK | 7 | ||
| MURILO DOS SANTOS FERNANDES | |||
| NICOLAS-ALEXANDRE MARIE TAPON | |||
| PEDRO MIGUEL CORUCHE GASPAR | |||
| TAKAKO FUJICHIKA |