p Um estudo liderado pela UMD descobriu que os vermes que se fecundam perderam um quarto de seu genoma, incluindo genes que tornam os espermatozoides competitivos. p A reprodução na maioria das espécies animais requer cruzamentos entre dois indivíduos. Mas alguns vermes desenvolveram a capacidade de agir sozinhos. Nessas espécies, um único indivíduo pode procriar consigo mesmo para produzir descendentes.

p Um novo estudo liderado pela Universidade de Maryland descobriu que ganhar essa habilidade, conhecido como "selfing, "pode ​​ter feito com que uma espécie de verme perdesse um quarto de seu genoma, incluindo genes que dão ao esperma masculino uma vantagem competitiva durante o acasalamento.

p "Nossos resultados sugerem que genes que são essenciais por dezenas de milhões de anos podem repentinamente se tornar inúteis ou passivos, até, quando o sistema sexual muda, "disse Eric Haag, professor de biologia da UMD e investigador principal do estudo, que foi publicado no jornal Ciência em 5 de janeiro, 2018.

p Um milhão de anos atrás, uma espécie de minúsculos vermes chamados Caenorhabditis briggsae evoluiu a habilidade de procriar via autofecundação. Como resultado, a maioria das C. briggsae são hermafroditas com órgãos sexuais masculinos e femininos. O grupo de Haag, que se concentra na evolução do sexo, há muito estuda C. briggsae por causa de seu comportamento reprodutivo incomum.

p Para estudar como a autofecundação moldou a evolução de C. briggsae , Erich Schwarz, professor assistente de pesquisa de biologia molecular e genética na Cornell University e co-autor do estudo, sequenciou o genoma de Caenorhabditis nigoni, o parente mais próximo de C. briggsae . C. nigoni sempre se reproduz por acasalamento com outros indivíduos, ou outcrossing. Ao comparar os genomas das duas espécies, os pesquisadores descobriram que os vermes C. briggsae autofecundados tinham 7, 000 menos genes do que C. nigoni . Hora extra, C. briggsae perdeu aproximadamente um quarto de seu genoma.

p Como os dois vermes diferem principalmente em seu método de reprodução, os pesquisadores levantaram a hipótese de que a mudança do cruzamento para a autofecundação levou à perda do gene. Para confirmar isso, eles compararam a atividade do gene em machos e fêmeas de C. nigoni e descobriram que quase três quartos dos genes que C. briggsae perdidos eram mais ativos em C. nigoni machos do que fêmeas.

p Buscando possíveis funções relacionadas ao sexo para os genes perdidos, os pesquisadores se concentraram em uma família de genes "masculinos segregados curtos" (mss) que C. nigoni tinha mas C. briggsae não tinha. Na verdade, nenhum selfing conhecido Caenorhabditis espécies têm genes MSS. E os genes MSS são ativos apenas em vermes machos de espécies cruzadas, de acordo com pesquisa anterior conduzida por Haag, Schwarz, ex-aluno de graduação da UMD Cristel Thomas (Ph.D. '11, biologia molecular e celular) e ex-estudante de graduação da UMD Rebecca Felde (B.S. '13, Ciências Biológicas).

p Usando uma ferramenta de edição de genes chamada CRISPR, os pesquisadores removeram quatro genes mss de uma espécie cruzada, Caenorhabditis remanei . Como resultado, esperma de homem C. remanei vermes sem as proteínas que os genes mss codificam não podiam competir com os espermatozoides do tipo selvagem C. remanei machos com os genes. Por outro lado, quando os pesquisadores inseriram genes mss em vermes masculinos de C. briggsae, seus espermatozoides superaram os espermatozoides de machos de C. briggsae de tipo selvagem e de machos de tipo selvagem C. briggsae hermafroditas.

p Os pesquisadores também descobriram que os genes mss codificam proteínas curtas que revestem a superfície dos espermatozoides. Tomados em conjunto, os resultados sugerem que os genes mss dão ao esperma dos vermes machos uma vantagem competitiva durante o acasalamento.

p "O fato de que todas as espécies de autofecundação perderam os genes mss sugere que esses genes, que são muito úteis para vermes que fazem sexo homem-mulher, são prejudiciais para vermes que não estão mais fazendo sexo entre si, "Haag disse." O que estamos vendo é um instantâneo evolutivo de como uma espécie ajusta sua reprodução. "

p A espécie de autofecundação de vermes pode ter perdido os genes mss porque ter espermatozóides masculinos competitivos é prejudicial, de acordo com Haag. Durante o estudo, os pesquisadores descobriram que ter espermatozoides masculinos mais competitivos mudava a proporção de sexos da espécie em direção a uma maior produção de machos. Essa mudança pode colocar a sobrevivência dos vermes em risco, porque ter muitos machos retarda o crescimento da população, e na natureza os vermes devem se reproduzir o mais rápido possível para sobreviver.

p Experimentos para confirmar que o esperma masculino competitivo pode prejudicar C. briggsae estão em andamento, de acordo com Da Yin, estudante de graduação em ciências biológicas no grupo de Haag e primeiro autor do estudo.

p "Começamos a comparar o crescimento de populações de C. briggsae com e sem genes MSS, o que nos permite testar se os genes MSS podem ter sido expulsos do genoma de C. briggsae por seleção, "Yin disse." Nossa hipótese é que C. briggsae as populações com genes MSS crescerão mais devagar por causa de seu maior número de machos. "

p Daqui para frente, Haag e seus colaboradores também planejam investigar como os genes MSS ajudam os espermatozoides a competir. Eles também querem peneirar os 7 restantes, 000 genes perdidos para descobrir seus papéis em C. briggsae .

p "Um muito pequeno, mas importante, vários genes podem ter papéis de longa data no acasalamento macho-fêmea - papéis que remontam ao início da vida animal, 700 milhões de anos atrás, "Schwarz disse.

p O artigo de pesquisa, "O encolhimento rápido do genoma em um nematóide autofértil revela proteínas de competição de esperma, "Da Yin, Erich Schwarz, Cristel Thomas, Rebecca Felde, Ian Korf, Cortador de Asher, Caitlin Schartner, Edward Ralston, Barbara Meyer e Eric Haag, foi publicado na revista Science em 5 de janeiro, 2018.