Serpentes e lagartos são répteis que pertencem à ordem Squamata. Eles compartilham vários traços, mas diferem em um aspecto óbvio: as cobras não têm membros. As duas subordens divergiram há mais de 100 milhões de anos.
A identificação dos fatores genéticos envolvidos nessa perda de membros é um dos focos do artigo “Phenotype loss is associated with widespread divergence of the gene regulatory landscape in evolution” (A perda fenotípica está associada à ampla divergência do panorama regulatório dos genes na evolução), publicada por Juliana Gusson Roscito e colaboradores da Nature Communications.
Outro foco igualmente interessante do artigo é a degeneração ocular em certos mamíferos subterrâneos.
“Nós investigamos esses dois casos para entender um processo muito mais geral, que é como o genoma muda durante a evolução, levando a mudanças fenotípicas”, disse Roscito.
Atualmente trabalhando como pesquisadora no Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular em Dresden, na Alemanha, Roscito é pós-doutorando no Brasil e estagiário de pesquisa no exterior com a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP. Sua bolsa de pós-doutorado foi vinculada ao Projeto Temático “Filogeografia comparada, filogenia, modelagem paleoclimática e taxonomia de répteis e anfíbios neotropicais”, para o qual Miguel Trefaut Urbano Rodrigues é o investigador principal sob a égide do Programa FAPESP de Pesquisa em Caracterização da Biodiversidade, Conservação, Restauração e Uso Sustentável (BIOTA-FAPESP).
Rodrigues é professor titular do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP) no Brasil e supervisionou a pesquisa de pós-doutorado de Roscito. Ela também é coautor do artigo recentemente publicado.
“A pesquisa consistiu em uma investigação dos genomas de várias espécies de vertebrados, incluindo a identificação de regiões genômicas que mudaram apenas em serpentes ou mamíferos subterrâneos, mantendo-se inalteradas em outras espécies que não perderam seus membros ou têm olhos normais”, disse Roscito. disse.
“Em mamíferos com sistemas visuais degenerados, sabemos que vários genes foram perdidos, como aqueles associados com o cristalino do olho e com as células fotorreceptoras da retina. Estes genes sofreram mutações durante o processo evolutivo. Eventualmente, eles perderam completamente sua funcionalidade, ou seja, a capacidade de codificar proteínas. Mas não foi isso que aconteceu com as serpentes, que não perderam os genes associados à formação de membros. Para ser mais preciso, o estudo que sequenciou o genoma de uma serpente detectou a perda de um gene. Portanto, a abordagem que escolhemos em nossa pesquisa consistiu em investigar não os genes, mas os elementos que regulam a expressão gênica”.
A expressão gênica depende de elementos reguladores da informação que o gene contém para ser transcrita em RNA (ácido ribonucléico) e posteriormente traduzida em proteína. Este processo é regulado por elementos cis-reguladores (CREs), que são sequências de nucleotídeos no DNA (ácido desoxirribonucleico) localizados próximos aos genes que regulam. Os CREs controlam os padrões espaço-temporais e quantitativos da expressão gênica.
“Um elemento regulador pode ativar ou inibir a expressão de um gene em uma determinada parte do organismo, como os membros, por exemplo, enquanto um elemento regulador diferente pode ativar ou inibir a expressão do mesmo gene em uma parte diferente, como a cabeça: se o gene é perdido, ele deixa de ser expresso em ambos os lugares e muitas vezes pode ter um efeito negativo na formação do organismo.
No entanto, se apenas um dos elementos reguladores for perdido, a expressão pode desaparecer em uma parte enquanto é conservada na outra “, explicou Roscito.
Lagarto tegu
Do ponto de vista computacional, os CREs não são tão fáceis de identificar como genes. Os genes têm uma sintaxe característica, com pares de bases que mostram onde os genes começam e terminam. Este não é o caso dos CREs, então eles devem ser identificados indiretamente. Essa identificação é normalmente baseada na conservação de sequências de DNA entre muitas espécies diferentes.
“Para detectar a divergência de seqüências específicas em serpentes, é necessário comparar seus genomas com os genomas de vários répteis e outros vertebrados que têm membros completamente desenvolvidos. Sequências de genoma de répteis com membros bem desenvolvidos são escassos, então nós sequenciamos e reuniu o genoma do lagarto totalmente refratário, Salvator merianae. Esta é a primeira espécie da linhagem teiid já seqüenciada “, disseram os autores.
“Usando o genoma do tegu como referência, criamos um alinhamento dos genomas de várias espécies, incluindo duas serpentes (jiboia e píton), três outros répteis membros (lagarto verde, lagarto dragão e lagartixa), três pássaros, um jacaré, três tartarugas, 14 mamíferos, um sapo e um celacanto. Esse alinhamento de 29 genomas foi usado como base para todas as análises posteriores”.
Os pesquisadores identificaram mais de 5.000 regiões de DNA que são consideradas elementos reguladores candidatos em várias espécies. Eles então pesquisaram o grande banco de dados usando procedimentos técnicos engenhosos que são descritos em detalhes no artigo e obtiveram um conjunto de CREs cuja mutação pode ter levado ao desaparecimento de membros nos ancestrais das cobras.
“Existem vários estudos sobre um elemento regulador bem conhecido que regula um gene que, quando modificado, causa vários defeitos nos membros. As cobras têm mutações neste CRE. Em um estudo publicado em 2016, o CRE versão rato foi substituído pela versão “serpente”, resultando em descendentes praticamente sem membros. Esta foi uma demonstração funcional de um mecanismo que pode ter levado à perda de membros em serpentes. No entanto, este CRE é apenas um dos elementos reguladores de um dos vários genes que controlam a formação de membros “, disse Roscito.
“Nosso estudo ampliou o conjunto de CREs. Mostramos que vários outros elementos reguladores responsáveis ??pela regulação de muitos genes sofreram mutações em serpentes. A assinatura é muito mais abrangente. Uma cascata de sinalização inteira é afetada.”
Jornal Referência: Juliana G. Roscito, Katrin Sameith, Genis Parra, Bjoern E. Langer, Andreas Petzold, Claudia Moebius, Marc Bickle, Miguel Trefaut Rodrigues, Michael Hiller. Phenotype loss is associated with widespread divergence of the gene regulatory landscape in evolution. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-07122-z
Fonte: Science Daily