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O cromossomo Y do touro evoluiu para se tornar gametas


Em um novo estudo, publicado em 18 de novembro na revista Pesquisa de genomaCientistas do laboratório do membro do Instituto Whitehead, David Page, apresentam a primeira seqüência completa de alta resolução do cromossomo Y de um touro Hereford. A pesquisa, que está em desenvolvimento há mais de uma década, sugere que os cromossomos Y de touros desenvolveram dezenas de cópias dos mesmos genes em uma tentativa egoísta de fazer mais machos, um movimento que é neutralizado no cromossomo X que determina o fêmea.

“Quando você tem um cromossomo X e Y, é um cenário de conflito”, disse Page, que também é professor de biologia no Instituto de Tecnologia de Massachusetts e investigador do Howard Hughes Medical Institute. “Vendo essa competição desenvolvida entre os bovinos X e Y significa que temos que pensar mais profundamente sobre esse conflito como uma característica constante e geral dos cromossomos sexuais em mamíferos.”

Essas informações sobre as forças que governam o comportamento e a evolução dos cromossomos sexuais ajudarão os cientistas no laboratório de Page a estudar as diferenças genéticas entre homens e mulheres e como elas influenciam a saúde e a doença em cada parte do corpo, acrescentou. Página.

De ratos, homens e gado

Os cromossomos sexuais, X e Y, evoluíram de um par regular de cromossomos simétricos há cerca de 200 milhões de anos. Os nascidos biologicamente do sexo feminino têm dois cromossomos X. Os que nascem biologicamente do sexo masculino têm um X e um Y.

O laboratório de Page sequenciou com sucesso o cromossomo Y humano em 2003, e então os pesquisadores queriam ser capazes de comparar a sequência com suas contrapartes em outros animais para ajudar a entender como eles evoluíram e divergiram ao longo do tempo.

Para fazer essas comparações, os pesquisadores do laboratório de Page apresentaram uma lista de vários mamíferos, incluindo chimpanzés, gambás e camundongos, que ocupavam diferentes ramos da árvore genealógica dos mamíferos. Um após o outro, os cientistas começaram a sequenciar os Ys dessas criaturas, usando um método de sequenciamento de alta resolução chamado SHIMS, abreviação de sequenciamento e mapeamento iterativo de haplótipo único, para obter um nível de detalhe diferente de outras técnicas, como sequenciamento. espingarda, eles não podem.

Esta poderosa tecnologia de sequenciamento permitiu aos pesquisadores observar uma peculiaridade estranha dos cromossomos Y: em algumas espécies, quase todo o material genético no Y é feito de sequências de DNA que foram amplificadas dezenas ou centenas de vezes – “como uma sala de estar de espelhos “, disse Page.

Em camundongos, por exemplo, as repetições de alguns genes específicos do testículo constituem quase 98% do cromossomo Y. Em humanos, entretanto, as repetições constituem apenas cerca de 45%. “Queríamos saber se isso era apenas uma peculiaridade de roedores, ou se outros cromossomos Y poderiam chegar perto”, disse Page.

É aí que o touro entrou. “Fora dos primatas e roedores, o próximo ramo da árvore dos mamíferos inclui o touro”, disse Jennifer Hughes, pesquisadora do laboratório de Page e primeira autora do artigo. “Não sabíamos se o cromossomo Y do touro se pareceria com um Y de camundongo ou um Y humano ou algo totalmente diferente.”

A corrida dos touros (fluxo de dados)

Demorou mais de uma década para o Page Lab e colaboradores do Center for Human Genome Sequencing da Baylor School of Medicine, do McDonnell Genome Institute da University of Washington, Texas A&M University e de outras instituições desvendarem as complexidades do Cromossomo Y do touro. Na verdade, acabou sendo o cromossomo Y com maior densidade de genes já mapeado, em grande parte devido ao fato de que 96% de seu material genético era composto de sequências repetitivas.

Como no camundongo, a maioria das repetições do “corredor dos espelhos” do touro parecia ser expressa nos testículos. Mas a questão permaneceu: por quê? “O que o move não pode ser apenas produzir mais esperma, porque isso é um exagero, certo?” Hughes disse. “Você realmente não precisa de centenas de cópias de um gene para fazer isso.”

Os pesquisadores encontraram uma pista quando examinaram mais de perto o cromossomo X bovino: o cromossomo sexual que determina a fêmea também tinha algumas cópias desses genes específicos do testículo. “Não sabemos realmente o mecanismo no touro, mas a ideia é que de alguma forma a amplificação desses genes no Y tem a ver com ajudar o Y a passar, e as cópias do X são amplificadas para competir contra essa tendência. e ajudar o X “, disse Hughes.

Uma busca egoísta

Foi demonstrado que esta corrida armamentista X-Y ocorre em camundongos – de alguma forma, os genes repetitivos no cromossomo Y dão a ele uma vantagem adicional quando se trata de terminar no esperma durante a formação dos gametas. Em um estudo de 2012, os pesquisadores removeram as repetições do cromossomo Y. Sem os genes adicionais, mais cromossomos X do que Y acabaram no esperma, e a proporção entre os sexos da prole feminina foi distorcida. Ao longo dos anos de evolução, o X também desenvolveu repetições, sua própria maneira de ganhar vantagem na corrida.

A competição entre os cromossomos X e Y é egoísta, disse Hughes, porque não é bom para a espécie ter uma proporção sexual distorcida. Portanto, essas alterações beneficiam apenas o cromossomo da sorte que termina no óvulo fertilizado. O fato de um mecanismo egoísta e até prejudicial continuar por milhões de anos em ramos díspares da árvore evolutiva sugere que esses conflitos podem ser um efeito colateral inevitável de ter um par assimétrico de cromossomos sexuais. “Essas corridas armamentistas X-Y provavelmente existem desde que os mamíferos existiam”, disse Page.

Deixando a teoria da evolução de lado, a compreensão dos mecanismos que controlam a proporção entre os sexos dos bovinos pode ser de uso prático nos próximos anos. “Pode ser de grande interesse para os criadores, porque eles adorariam ser capazes de manipular o sexo da prole do gado”, disse Hughes. “Por exemplo, os produtores de leite preferem mais mulheres e os produtores de carne preferem mais homens.”

No momento, o laboratório está trabalhando para folhear os galhos de sua árvore evolutiva do cromossomo Y. O touro é o sétimo cromossomo sexual a ser totalmente sequenciado usando o método SHIMS. Hughes, Page e o laboratório também estão examinando membros de outros grupos de animais, incluindo répteis.

“Nosso laboratório se concentra nas diferenças sexuais em todo o corpo humano, e todo esse trabalho é realmente inspirado nas lições que aprendemos ao comparar os cromossomos Y de diferentes animais com os nossos”, disse Page. “É como quando você vai a uma galeria de arte e se senta em um banco e parece e se sente inspirado: essas sequências são uma fonte infinita de inspiração no trabalho que estamos fazendo. E agora podemos adicionar o touro à nossa galeria.”


Traduzido de Science Daily

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