Mistérios do código genético do ornitorrinco revelados

Um primeiro rascunho da sequência do genoma do ornitorrinco revelou elementos de réptil e de mamífero e fornece mais evidências quanto à sua posição na árvore evolutiva dos animais.

O ornitorrinco Ornithorhynchus anatinus é uma espécie endémica da Austrália e uma das criaturas mais bizarras da natureza, com um aspecto que faz lembrar algo construído a partir de partes de outros animais.

Este monotrémato semi-aquático é um mamífero venenoso (o único conhecido), ovíparo e com bico de pato, que ocupa um ramo solitário no final de um tronco pouco preenchido da árvore evolutiva dos vertebrados.

Agora, a estrutura do seu genoma revelou novas pistas para a evolução dos mamíferos. “A análise está a começar a alinhar estas estranhas características com a inovação genética”, diz Wesley Warren, da Universidade de Washington em St Louis, Missouri, o principal autor da análise do genoma, um projecto internacional gigantesco.

Comparações com os genomas de outros mamíferos vão ajudar a datar o surgimento das características distintivas do ornitorrinco e revelar os acontecimentos genéticos na sua base.

Por exemplo, os mamíferos definem-se por possuírem glândulas mamárias, que nas fêmeas produzem leite. Ainda que o ornitorrinco não possua mamilos, produz leite verdadeiro (líquido rico em gorduras, açucares e proteínas) que os jovens sugam através de uma prega glandular na pele.

A análise mostra que o ornitorrinco tem os genes para a família das proteínas do leite (caseínas), que surgem todos juntos num grupo semelhante ao dos humanos. Este é um sinal de que uma das inovações genéticas que levou ao desenvolvimento do leite ocorreu há mais de 166 milhões de anos e após os mamíferos se terem separado dos répteis sauropsídeos que originaram os répteis e as aves modernos.

Os genes relacionados com os ovos do ornitorrinco oferecem mais pistas. Os embriões desenvolvem-se no útero da mãe durante 21 dias antes de serem expelidos no interior de um ovo com casca tipo cabedal do tamanho de uma unha. Após 11 dias de incubação, os jovens emergem mas sem que os órgãos estejam completamente diferenciados. Como os marsupiais, os jovens ornitorrincos terminam o seu desenvolvimento durante a amamentação.

O ornitorrinco partilha com outros mamíferos quatro genes associados à zona pelúcida, um revestimento tipo gel que facilita a fertilização do óvulo mas também tem dois genes ZPAX que antes apenas se conheciam em aves, anfíbios e peixes. Partilha com a galinha um gene para um tipo de proteína da gema chamada vitelogenina, o que sugere que as vitelogeninas (encontradas apenas em aves e peixes) são anteriores à divergência dos sauropsídeos, ainda que o ornitorrinco mantenha apenas um desses genes e a galinha tenha três.

Outras características que parecem puramente reptilianas afinal desenvolveram-se de forma independente, sugere a análise. Os machos têm esporões carregados de veneno nas patas posteriores, um veneno capaz de matar um animal do tamanho de um cão.

al como o veneno dos répteis, é um cocktail de variações em pelo menos três tipos de péptidos mas as variações surgiram de duplicações de diferentes genes em ornitorrincos e não em répteis modernos. A semelhança do veneno é um exemplo de evolução convergente entre dois tetrápodes.

“Não há nada tão enigmático como um ornitorrinco”, diz Richard Gibbs, que dirige o Centro de Sequenciação do Genoma Humano na Faculdade de Medicina Baylor em Houston, Texas. “Temos estes padrões de repetição reptilianos e os genes que evoluíram mais recentemente, como os do leite, e a evolução independente do veneno. Tudo aponta para como a evolução é idiossincrática.”

O sexo do ornitorrinco é determinado por um conjunto de dez cromossomas, uma bizarria que o demarca de todos os restantes mamíferos e aves. Estes cromossomas associam-se durante a meiose para formar uma cadeia que garante que todos os espermatozóides recebem todos os X ou Y. Apesar das designações semelhantes, nenhum dos cromossomas X do ornitorrinco se assemelha aos do Homem, cão ou rato.

“Os cromossomas sexuais são absolutamente, completamente diferentes dos de todos os outros mamíferos, o que não esperávamos”, diz Jennifer Graves, da Universidade Nacional Australiana em Camberra, que estuda a diferenciação sexual e é uma das autoras do estudo. Em vez disso, os X do ornitorrinco parecem-se mais com os cromossomas Z das aves. Outro cromossoma parece-se com o cromossoma X do rato, diz Graves. Tudo isto são evidências que os cromossomas sexuais dos mamíferos placentários e o gene determinante do sexo Sry (que se encontra no cromossoma Y) evoluíram depois de os monotrématos terem divergido dos mamíferos, muito mais tarde do que se pensava. “Os nossos cromossomas sexuais são um autossoma normalíssimo no ornitorrinco”, diz Graves.

Uma equipa liderada por Gregory Hannon, do Laboratório Cold Spring Harbor de Nova Iorque, sequenciou microRNA, que regulam a expressão génica, isolados de seis tecidos de ornitorrinco. Novamente descobriram uma mistura de exemplos de réptil e mamífero. “Temos microRNA partilhados com as galinhas mas não com mamíferos e outros partilhados com os mamíferos mas não com galinhas”, diz Hannon. “As características reptilianas do miRNA não são resultado de convergência, a morfologia não precisava de ser reflectida a nível molecular mas neste caso foi.”

Adam Felsenfeld, director do Programa de Sequenciação em Larga Escala do Instituo Nacional de Investigação do Genoma Humano de Bethesda, Maryland, diz: “Acho fascinante que as características genéticas do que são agora duas linhagens completamente separadas possam coexistir no genoma de um único organismo.”

Cerca de metade do genoma do ornitorrinco contém sequências não codificantes de DNA. Muitas são repetições dispersas, cópias de transposões caracteristicamente abundantes no genoma de outros mamíferos. Em contraste, repetições de sequências muito curtas conhecidas por micro-satélites de DNA são mais raras no ornitorrinco que noutros mamíferos e assemelham-se mais aos répteis, com o balanço dos ácidos nucleicos deslocado para o lado dos pares de bases A–T.

A informação da sequenciação já gerou marcadores genéticos muito úteis no estudo da estrutura populacional do esquivo ornitorrinco na natureza. Diferenças nos elementos repetidos, por exemplo, separam a população da Tasmânia da australiana, e podem ser usadas para melhorar a compreensão da ecologia deste animal enigmático.

Por enquanto não há planos para sequenciar o genoma do seu parente mais próximo do ponto de vista evolutivo, a equidna.

Fonte: Simbiotica

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