doi.org/10.1038/s41586-024-07830-1
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#DNA
Uma equipe internacional de pesquisa liderada por Axel Meyer, um biólogo evolucionista de Konstanz, e Manfred Schartl, um bioquímico de Würzburg, sequenciou com sucesso o genoma do peixe pulmonado, que é trinta vezes maior que o genoma humano.
Junte-se a nós enquanto viajamos de volta no tempo! Chegamos ao período Devoniano, cerca de 420 a 360 milhões de anos atrás. Em uma área rasa perto da beira da água, algo aconteceu que mudaria para sempre a vida em nosso planeta: um peixe da classe dos peixes de nadadeiras lobadas usa seu par de poderosas nadadeiras peitorais para sair da água rasa para a terra, movendo seu corpo pela superfície lamacenta na linha da costa. O peixe não tem pressa em retornar à água. Ele pode facilmente respirar ar, porque esse peixe já tem pulmões, como nós, vertebrados terrestres, ainda temos hoje.
Este cenário ou um semelhante a ele pode ter sido a primeira vez que um vertebrado se moveu em terra, um dos eventos mais importantes da história evolutiva. Porque todos os vertebrados terrestres posteriores, ou tetrápodes, podem ser rastreados até um peixe. Isso abrange não apenas anfíbios, répteis e pássaros, mas também mamíferos – humanos incluídos. No entanto, um mistério permanece: por que os peixes dessa linhagem de nadadeiras lobadas estavam tão bem preparados para conquistar a terra”
Uma olhada em seus parentes vivos
Para encontrar a resposta a essa pergunta depois de tanto tempo, o material genético dos parentes vivos mais próximos de nosso ancestral devoniano foi analisado, tornando possível tirar conclusões sobre sua aparência. Apenas três linhagens desses parentes mais próximos, os peixes pulmonados, ainda estão vivos hoje: uma na África, uma na América do Sul e uma na Austrália.
Parece que a evolução os esqueceu, porque esses fósseis vivos antigos ainda se parecem muito com seus ancestrais. Como nosso material genético, o DNA, é composto de nucleobases e a sequência dessas nucleobases contém a informação genética real, uma análise comparativa dos genomas dos peixes pulmonados só é possível com o conhecimento de suas sequências completas.
Já sabíamos que os genomas dos peixes pulmonados são enormes, mas quão gigantescos eles realmente são e o que pode ser aprendido com eles não estava claro até agora. Consequentemente, o sequenciamento dos genomas dos peixes pulmonados foi muito trabalhoso e complicado tanto de uma perspectiva técnica quanto bioinformática.
No entanto, uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo biólogo de Konstanz Axel Meyer e pelo bioquímico de Wörzburg Manfred Schartl conseguiu agora sequenciar completamente o genoma do peixe-pulmão sul-americano e de um membro da linhagem africana. A sequência do genoma do peixe-pulmão australiano (Neoceratodus) anteriormente maior já havia sido sequenciada pela mesma equipe. As descobertas de sua pesquisa mais recente foram publicadas na revista Nature.
Muito, muito grande, mas por quê”
O material genético do peixe-pulmão sul-americano em particular quebra todos os recordes de tamanho: com mais de 90 gigabases (em outras palavras, 90 bilhões de bases), o DNA da espécie sul-americana é o maior de todos os genomas animais e mais que o dobro do tamanho do genoma do recordista anterior, o peixe-pulmão australiano. 18 dos 19 cromossomos do peixe-pulmão sul-americano são individualmente maiores do que todo o genoma humano com seus quase 3 bilhões de bases, – diz Meyer.
Transposons autônomos são responsáveis “”pelo fato de o genoma do peixe-pulmão ter aumentado para esse tamanho enorme ao longo do tempo. Essas são sequências de DNA que se replicam e então mudam sua posição no genoma, o que por sua vez faz com que o genoma cresça.
Embora isso também ocorra em outros organismos, as análises da equipe de pesquisa mostraram que a taxa de expansão do genoma do peixe-pulmão sul-americano é de longe a mais rápida já registrada: a cada 10 milhões de anos no passado, seu genoma cresceu pelo tamanho de todo o genoma humano. E continua crescendo, relata Meyer. Encontramos evidências de que os transposons responsáveis “”ainda estão ativos. Os pesquisadores identificaram o mecanismo para esse crescimento gigantesco do genoma: a expansão extrema é pelo menos parcialmente devido à abundância muito baixa de piRNA. Esse tipo de RNA é parte de um mecanismo molecular que normalmente silencia os transposons.
Notavelmente estável, no entanto
Como os transposons se replicam e saltam no genoma, contribuindo assim para seu crescimento, eles podem alterar e desestabilizar muito o material genético de um organismo. Isso nem sempre é prejudicial e pode até ser um importante impulsionador da evolução, pois esses genes saltadores às vezes também causam inovações evolutivas ao alterar as funções dos genes.
Isso torna ainda mais surpreendente que o estudo atual não tenha encontrado correlação entre o enorme excedente de transposons e a instabilidade do genoma – o genoma do peixe-pulmão é inesperadamente estável e o arranjo genético é surpreendentemente conservador. Esse fato permitiu que a equipe de pesquisa reconstruísse a arquitetura original do conjunto de cromossomos (cariótipo) do tetrápode ancestral a partir das sequências das espécies de peixes-pulmão que ainda estão vivas hoje.
Além disso, a comparação dos genomas dos peixes-pulmão permitiu que eles tirassem conclusões sobre a base genética das diferenças entre as linhagens ainda vivas hoje. O peixe-pulmão australiano, por exemplo, ainda tem as nadadeiras semelhantes a membros que antes permitiam que seus parentes se movessem em terra. Em outras espécies atuais de peixes pulmonados da África e América do Sul, essas barbatanas, que são semelhantes em estrutura óssea aos nossos braços, evoluíram de volta para barbatanas filamentosas ao longo dos últimos 100 milhões de anos ou mais. Em nossa pesquisa, também usamos experimentos com camundongos transgênicos CRISPR-Cas para mostrar que essa simplificação das barbatanas é atribuível a uma mudança no que é conhecido como via de sinalização Shh, – diz Meyer.
Durante o desenvolvimento embrionário de camundongos, por exemplo, a via de sinalização Shh controla o número e o desenvolvimento dos dedos, entre outras coisas. As descobertas da pesquisa fornecem evidências adicionais do elo evolutivo entre as barbatanas de raios de peixes ósseos e os dedos de vertebrados terrestres. Como os cientistas agora têm as sequências genômicas completas de todas as famílias atuais de peixes pulmonados à sua disposição graças à nova pesquisa, estudos genômicos comparativos adicionais fornecerão mais insights sobre os ancestrais de nadadeiras lobadas de vertebrados terrestres no futuro – e ajudarão a resolver o mistério de como os vertebrados chegaram à terra.
Publicado em 24/08/2024 14h50
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