Os pesquisadores fizeram avanços significativos na compreensão da evolução dos gatos, descobrindo as razões genéticas por trás da estabilidade e simplicidade dos genomas dos gatos em comparação com outros mamíferos. O seu estudo destaca a importância de regiões específicas do ADN na diferenciação das espécies e na variação dos genes olfactivos entre as espécies de gatos, fornecendo informações valiosas para a conservação e compreensão científica da biologia felina.
Pesquisadores da Escola de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas do Texas A&M (VMBS), juntamente com uma equipe multidisciplinar de colaboradores, fizeram descobertas significativas sobre a história evolutiva dos gatos. Suas descobertas revelam os caminhos de desenvolvimento através dos quais vários gatos espécies, incluindo leões, tigres e gatos domésticos, divergiram. Além disso, a investigação ilumina a ligação entre variações genéticas em gatos e capacidades vitais de sobrevivência, tais como o seu olfato aguçado para detectar presas.
Ao comparar genomas de diversas espécies de gatos, o projeto, publicado recentemente na Nature Genetics, ajudou os investigadores a compreender por que razão os genomas dos gatos tendem a ter menos variações genéticas complexas (tais como rearranjos de ADN segmentos) do que outros grupos de mamíferos, como primatas. Também revelou novos insights sobre quais partes do DNA dos gatos têm maior probabilidade de evoluir rapidamente e como elas desempenham um papel na diferenciação das espécies.
“Nosso objetivo era entender melhor como os gatos evoluíram e a base genética das diferenças de características entre as espécies de gatos”, disse o Dr. Bill Murphy, professor de biociências integrativas veterinárias da VMBS, especializado na evolução dos gatos. “Queríamos aproveitar algumas novas tecnologias que nos permitem criar mapas genômicos de gatos mais completos.
“Nossas descobertas abrirão portas para pessoas que estudam doenças, comportamento e conservação felina”, disse ele. “Eles trabalharão com uma compreensão mais completa das diferenças genéticas que tornam cada tipo de gato único.”
Variações sobre um tema
Entre as coisas que os cientistas estavam a tentar compreender melhor está a razão pela qual os cromossomas felinos – estruturas celulares que contêm a informação genética para características como a cor do pelo, o tamanho e as capacidades sensoriais – são mais estáveis do que noutros grupos de mamíferos.
“Já sabemos há algum tempo que os cromossomos dos gatos entre as espécies são muito semelhantes entre si”, disse Murphy. “Por exemplo, os cromossomos dos leões e dos gatos domésticos quase não diferem. Parece haver muito menos duplicações, rearranjos e outros tipos de variação do que os comumente encontrados em grandes símios.”
Na ordem dos primatas, este tipo de variação genética levou à evolução de diferentes espécies – incluindo humanos e grandes símios.
“Os genomas dos grandes primatas tendem a quebrar-se e a reorganizar-se, e mesmo os genomas humanos têm regiões muito instáveis”, disse Murphy. “Essas variações podem predispor certos indivíduos a terem condições genéticas, como autismo e outros distúrbios neurológicos”.
A chave para esta variação entre gatos e macacos, como Murphy descobriu, parece ser a frequência de algo chamado duplicações segmentares – segmentos de ADN que são cópias altamente semelhantes de outros segmentos de ADN encontrados em outras partes do genoma.
Gráfico que descreve como o trio binning produz genomas de espécies parentais a partir de híbridos F1 com uma escala de tempo evolutiva à esquerda. Crédito: Dr. William Murphy, Texas A&M University e colegas
“Pesquisadores do genoma de primatas conseguiram vincular essas duplicações segmentares a rearranjos cromossômicos”, disse ele. Quanto mais duplicações segmentais você tiver em seu DNA, maior será a probabilidade de os cromossomos se reorganizarem, etc.
“O que descobrimos ao comparar um grande número de genomas de espécies de gatos é que os gatos têm apenas uma fração das duplicações segmentares encontradas em outros grupos de mamíferos – os primatas, na verdade, têm sete vezes mais dessas duplicações do que os gatos. Essa é uma grande diferença, e agora acreditamos que entendemos por que os genomas dos gatos são mais estáveis”, disse ele.
Uma agulha em uma hélice (dupla)
Embora os gatos possam não ter tantos rearranjos genéticos grandes em seu DNA, eles ainda apresentam muitas diferenças. Através da sua investigação, Murphy e os seus colegas compreendem agora melhor que partes do ADN dos gatos causam essas variações, especialmente as variações que definem a especiação, ou as diferenças entre espécies.
“Acontece que há uma grande região no centro do cromossomo X onde ocorre a maior parte dos rearranjos genéticos”, disse Murphy. “Na verdade, há um elemento repetitivo específico nesta região chamado DXZ4 que as evidências nos dizem ser em grande parte responsável pelo isolamento genético de pelo menos duas espécies de felinos, o gato doméstico e o gato selvagem.”
DXZ4 é o que Murphy chama de repetição de satélite – não é um gene típico que codifica uma característica física como a cor do pelo, mas, em vez disso, auxilia na estrutura tridimensional do cromossomo X e provavelmente desempenhou um papel importante na especiação dos gatos.
“Ainda não sabemos o mecanismo preciso, mas comparando todos esses genomas de gatos, podemos medir melhor a taxa de evolução do DXZ4 em uma espécie em comparação com todas as outras. O que aprendemos é que o DXZ4 é uma das partes do genoma do gato que evolui mais rapidamente; está evoluindo mais rápido do que 99,5% do restante do genoma”, explicou.
“Devido à taxa de mutação, conseguimos demonstrar por que o DXZ4 está provavelmente ligado à especiação”, disse Murphy.
Farejando genes indescritíveis
Utilizando sequências genómicas novas e altamente detalhadas, a equipa também descobriu ligações mais claras entre o número de genes olfactivos, que governam a detecção de cheiros em gatos, e a variação no comportamento social e na forma como se relacionam com o ambiente.
“Como os gatos são predadores que dependem muito do olfato para detectar suas presas, o olfato é uma parte muito importante de quem eles são”, disse ele. “Os gatos são uma família muito diversificada e sempre quisemos compreender como a variação genética desempenha um papel na capacidade de diferentes espécies de gatos cheirarem nos seus diferentes ambientes.
“Leões e tigres têm uma grande diferença entre certos genes odoríferos envolvidos na detecção de feromônios, que são substâncias químicas que diferentes animais liberam no meio ambiente para comunicar informações sobre identidade, território ou perigo”, disse Murphy.
“Achamos que a grande diferença tem a ver com o fato de os leões serem animais muito sociais que vivem em grupos familiares e os tigres viverem um estilo de vida solitário. Os leões podem ter uma dependência reduzida de feromônios e outros odores porque estão constantemente perto de outros leões, o que se reflete no menor número de genes deste tipo em seus genomas”, disse ele.
Os tigres, por outro lado, precisam ser capazes de sentir o cheiro de presas em territórios muito grandes, bem como encontrar parceiros.
“Os tigres, em geral, têm grandes repertórios olfativos e de receptores de feromônios”, disse Murphy. “Achamos que isso está diretamente ligado ao tamanho dos seus territórios e à variedade de ambientes em que vivem.”
Os gatos domésticos, por outro lado, parecem ter perdido uma ampla gama de genes olfativos.
“Se eles não precisam viajar tão longe para encontrar o que precisam porque vivem com outras pessoas, faz sentido que a seleção natural não preserve esses genes”, disse ele.
Murphy compartilhou que seu exemplo favorito do projeto são os receptores de odor do gato pescador, uma espécie de gato selvagem adaptada a água que vive no sudeste da Ásia.
“Conseguimos mostrar que os gatos pescadores retiveram muitos genes para detectar odores transmitidos pela água, o que é uma característica bastante rara em animais terrestres. vertebrados,” ele disse. “Todas as outras espécies de gatos perderam esses genes específicos ao longo do tempo, mas os gatos pescadores ainda os possuem.”
Esta nova informação sobre genes olfativos em gatos foi possível através de uma nova abordagem de sequenciação do genoma chamada trio binning, que permite aos investigadores sequenciar as regiões mais difíceis de um genoma.
Esta nova tecnologia também torna muito mais fácil a separação do DNA materno e paterno.
“Com o trio binning, agora você pode pegar o DNA de um híbrido F1 – um animal cujo DNA é dividido 50-50 entre pais de espécies diferentes – e separar de forma limpa o DNA materno e paterno, dando a você dois conjuntos completos de DNA, um para cada espécie-mãe”, disse Murphy. “O processo é muito mais simples e os resultados são mais completos.”
Preenchendo as lacunas
Uma das conclusões mais importantes do projeto é que as espécies de felinos podem ser semelhantes em muitos aspectos, mas as suas diferenças são importantes.
“Estas diferenças mostram-nos como estes animais se adaptam perfeitamente aos seus ambientes naturais”, disse Murphy. “Eles não são intercambiáveis e são informações valiosas para conservacionistas e outros que trabalham para preservar ou restaurar espécies em seus habitats naturais.
“Por exemplo, não se pode presumir que os tigres de Sumatra e da Sibéria sejam iguais”, disse ele. “Seus ambientes são totalmente diferentes, e essas populações de tigres provavelmente desenvolveram adaptações genéticas especializadas para ajudá-los a sobreviver nesses lugares tão diferentes.”
Também é importante que os cientistas percebam que as secções dos genomas que são mais difíceis de montar podem ser apenas a chave para a compreensão de sistemas corporais cruciais, como a imunidade e a reprodução.
“Os genes olfativos não são os únicos que têm sido difíceis de sequenciar e estudar. Os cientistas também têm lutado para sequenciar genes imunológicos e reprodutivos, por isso estudos anteriores carecem deste tipo de informação. Imagine tentar estudar uma condição genética em gatos, humanos ou qualquer espécie, aliás, sem ter todas as peças; é por isso que a montagem de genomas completos é importante”, disse Murphy.
Por enquanto, Murphy e sua equipe continuarão aplicando as mais avançadas tecnologias de sequenciamento e montagem de genomas aos genomas dos gatos, a fim de preencher o máximo de informações possível sobre o mundo dos gatos.
Referência: “A genômica comparativa de haplótipo único fornece insights sobre a variação estrutural específica da linhagem durante a evolução do gato” por Kevin R. Bredemeyer, LaDeana Hillier, Andrew J. Harris, Graham M. Hughes, Nicole M. Foley, Colleen Lawless, Rachel A. Carroll, Jessica M. Storer, Mark A. Batzer, Edward S. Rice, Brian W. Davis, Terje Raudsepp, Stephen J. O’Brien, Leslie A. Lyons, Wesley C. Warren e William J. Murphy, 2 de novembro de 2023 , Genética da Natureza.
DOI: 10.1038/s41588-023-01548-y
O estudo foi financiado pela Morris Animal Foundation, pela National Science Foundation, pela Instituto Nacional de Saúdee o Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais.
O estudo foi conceituado por Bill Murphy – professor VMBS de biociências integrativas veterinárias na Texas A&M e Wes Warren – professor de genômica no Bond Life Sciences Center da Universidade de Missouri. Colaborações adicionais envolveram pesquisadores do universidade de WashingtonUniversity College Dublin, Instituto de Biologia de Sistemas de Seattle, Louisiana State University e Centro Oceanográfico Guy Harvey.
