Animais

Mais de 100 genomas pesquisados ​​para encontrar a origem da família de genes de feromônios


Especialistas que estudam feromônios animais rastrearam as origens evolutivas dos genes que permitem que camundongos, ratos e outros roedores se comuniquem através do cheiro. A descoberta é um exemplo claro de como novos genes podem evoluir por meio da possibilidade aleatória de modificações moleculares e podem facilitar a identificação de novos feromônios em estudos futuros. Os resultados, que representam uma genealogia da família de genes do peptídeo secretor de glândula exócrina (ESP), foram publicados por pesquisadores da Universidade de Tóquio no jornal Biologia Molecular e Evolução.

Pesquisadores liderados pelo professor Kazushige Touhara no Laboratório de Química Biológica da Universidade de Tóquio estudaram anteriormente as proteínas ESP que afetam o comportamento social ou sexual de camundongos quando são secretadas nas lágrimas ou na saliva de um camundongo e transmitidas para outros animais através do contato social.

Recentemente, o professor associado do projeto Yoshihito Niimura liderou uma busca pela origem evolutiva dos genes ESP usando a grande variedade de genomas animais totalmente sequenciados disponíveis em bancos de dados modernos de DNA. Niimura procurou genes ESP em 100 mamíferos diferentes e os encontrou em apenas duas famílias evolutivamente próximas de roedores: a família Muridae de camundongos, ratos e gerbils, e a família Cricetidae de hamsters e ratazanas.

Em particular, os Cricetidae tinham poucos genes ESP, geralmente todos agrupados no mesmo trecho de DNA, mas os Muridae tinham aquele mesmo pequeno grupo de genes ESP e um segundo grupo maior de genes ESP adicionais.

“Podemos imaginar que cerca de 35 milhões de anos atrás, o ancestral comum de Muridae e Cricetidae formou os primeiros genes de PES. Finalmente, cerca de 30 milhões de anos atrás, o ancestral de Muridae duplicou e expandiu esses genes de PES. Portanto, agora os ratos têm muitos mais genes ESP do que os roedores Cricetidae “, disse Niimura.

Para identificar a origem do que formou o primeiro gene ESP, os pesquisadores compararam sequências genômicas adicionais. Eles descobriram como o acaso copiava exclusivamente porções funcionais de dois outros genes e depois os colava lado a lado.

A sequência de DNA de um gene inclui porções chamadas exons, que mais tarde se tornam a proteína funcional, e outras porções chamadas íntrons, que não se tornam proteínas. Os íntrons e exons estão espaçados por todo o gene sem organização aparente; os íntrons interrompem porções funcionais essenciais dos exons. Portanto, se um único exon fosse copiado aleatoriamente e colado em outro lugar do genoma, qualquer fragmento de proteína resultante não teria nenhuma função significativa.

No entanto, se uma versão de um gene exon for apenas copiada e reinserida no genoma, as chances de que a nova sequência permaneça funcional são muito maiores. As células criam versões únicas de genes chamados mRNAs como parte do processo normal de produção de proteínas a partir dos genes, e as células possuem maquinários, provavelmente sobras de infecções virais, que podem copiar o mRNA de volta para a fita de DNA.

“Este não é o modo normal das coisas nas células, mas é uma fonte comum de evolução. Presumimos que foi isso que aconteceu para produzir genes ESP porque toda a porção funcional do gene ESP é um exon, sem interrupção do íntron.” Ele disse. Niimura.

Especificamente, a equipe de pesquisa descobriu pela primeira vez que as proteínas ESP contêm uma característica incomum em forma de espiral da alfa-globina, um componente da proteína hemoglobina que transporta ferro no sangue. As comparações de sequências de DNA revelaram que vários exons do gene da alfa globina emendados mostram semelhança sutil, mas distinta, com a sequência do gene ESP.

“Não importa que a hemoglobina seja a fonte do feromônio ESP. Qualquer proteína pode ser convertida em um feromônio se for usada para a comunicação específica da espécie”, disse Niimura.

Independentemente de sua forma, nenhuma proteína pode funcionar sem estar no local certo. Nas proteínas ESP, a porção derivada da alfa-globina está ligada a uma porção de sinalização, que direciona a proteína a ser secretada pelas glândulas salivares e lacrimais. Os pesquisadores identificaram que a sequência de sinalização para a localização dos genes ESP se assemelha à do CRISP2, um gene que se expressa no trato reprodutivo de mamíferos e glândulas salivares, bem como na glândula venenosa de algumas cobras.

Os genes para hemoglobina e CRISP são genes antigos que existiam na ancestralidade evolutiva compartilhada dos vertebrados, todos animais com coluna vertebral, há mais de 500 milhões de anos. A mistura genética que criou os genes de PES ocorre com relativa frequência nas células de todos os organismos, mas para que essas mudanças se tornem características evolutivas herdadas, as mudanças devem ocorrer nas células sexuais para que possam ser transmitidas às gerações futuras.

“A criação de novos genes não é feita do zero, mas a natureza usa material pré-existente. A evolução é como um retocador, usando coisas velhas e partes quebradas para criar um novo dispositivo com uma função útil”, disse Niimura.

Niimura e seus colegas planejam usar sua nova compreensão da evolução desta família única de feromônios para direcionar sua busca por novos feromônios. O curto comprimento de muitos genes de feromônios conhecidos torna provável que feromônios semelhantes sejam perdidos nas pesquisas genômicas padrão. Eles também prevêem que as glândulas salivares e lacrimais, muitas vezes esquecidas porque seu tamanho pequeno torna os tecidos desconfortáveis ​​para estudar, podem conter descobertas futuras interessantes.


Traduzido de Science Daily

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