Estudo revela manutenção de genes relacionados aos machos após perda de machos em bichos-pau
Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público As características são frequentemente perdidas durante a evolução, seja porque não são mais benéficas ou porque são muito caras para serem mantidas. Quando isso acontece, geralmente acredita-se que os genes subjacentes à característica também irão eventualmente se degradar, tornando difícil, senão impossível, o ressurgimento da característica. No entanto, existem numerosos exemplos na natureza de características outrora perdidas que ressurgem em linhagens descendentes.
De acordo com Giobbe Forni, pesquisador da Universidade de Bolonha, "Mapear a presença e ausência de características em uma árvore de espécies sugere que algumas características podem ter sido perdidas nas linhagens que levaram às espécies existentes e posteriormente reintegradas. Asas em bichos-pau são considerados um dos exemplos mais icônicos deste processo evolutivo."
Isto implica que os genes subjacentes a estas características podem ser preservados, em alguns casos, durante milhões de anos. Infelizmente, a investigação sobre a base molecular de tal reemergência é escassa, deixando os mecanismos subjacentes responsáveis por tal preservação em grande parte abertos à especulação até agora.
Em um novo estudo publicado em Genome Biology and Evolution , Forni e seus colegas lançaram luz sobre outra característica complexa que se perdeu em alguns bichos-pau:a produção de machos.
A perda da capacidade de produzir machos resulta em populações apenas de fêmeas, que se reproduzem por partenogênese, uma forma de reprodução assexuada. O estudo revela que genes que estão altamente ligados em redes reguladoras e envolvidos em múltiplos processos biológicos podem ser mantidos muito depois de uma característica ser perdida, proporcionando um caminho potencial para o ressurgimento de características ao longo de longas escalas de tempo evolutivas.
No novo estudo, Forni e seus coautores Barbara Mantovani, Alexander S. Mikheyev e Andrea Luchetti realizaram uma análise comparativa de três espécies de bichos-pau do gênero Bacillus. Enquanto as populações de Bacillus grandii marettimi são compostas por machos e fêmeas que se reproduzem sexualmente, Bacillus atticus compreende populações apenas com fêmeas que se reproduzem por partenogênese.
Uma terceira espécie, Bacillus rossius, inclui populações sexuais e partenogenéticas. Ao estudar o destino dos genes envolvidos na reprodução masculina nestas três espécies, os autores procuraram investigar até que ponto os genes são preservados após a perda de características e os potenciais mecanismos que impulsionam esta preservação.
Os investigadores identificaram primeiro redes genéticas cuja expressão estava correlacionada com a reprodução masculina ou feminina na espécie sexuada B. marettimi e depois avaliaram os mesmos genes em B. atticus e B. rossius. Surpreendentemente, os genes relacionados com o sexo masculino não exibiram sinais de seleção enfraquecida ou evolução acelerada em comparação com os genes relacionados com o sexo feminino nas espécies partenogenéticas. Além disso, os padrões de expressão gênica relacionados aos machos foram parcialmente preservados em ambas as espécies partenogenéticas.
Indo mais fundo, os pesquisadores descobriram que os genes nas redes relacionadas às mulheres eram expressos principalmente nos tecidos reprodutivos femininos, enquanto os das redes relacionadas aos homens eram expressos nos tecidos reprodutivos masculinos e femininos, incluindo as fêmeas sexuais e partenogenéticas. Isto sugere que os genes relacionados com o sexo masculino também podem desempenhar papéis na reprodução feminina.
O envolvimento de um gene em múltiplos processos biológicos é conhecido como pleiotropia, e esse fenômeno pode explicar a preservação de genes relacionados ao macho nesses bichos-pau partenogenéticos, como anteriormente hipotetizado.
Além disso, os autores descobriram que os genes que estavam altamente ligados a muitos outros genes na rede tinham maior probabilidade de serem expressos nos tecidos reprodutivos dos partenogénios, sugerindo que a conectividade da rede de um gene também pode influenciar a sua preservação genética após a perda de características.
Tomados em conjunto, estes resultados indicam "que o plano molecular do processo reprodutivo masculino, antes perdido, pode persistir devido a efeitos pleiotrópicos em outras características", explica Forni. "Diferentes genes podem empreender diferentes trajetórias de preservação e decadência, dependendo do nível de pleiotropia dentro da rede reguladora genética."
Este estudo não apenas esclarece a persistência da arquitetura genética após a perda de características, mas também oferece um vislumbre potencial sobre o surgimento de machos raros e sexo enigmático (ou seja, geração episódica de machos e reprodução sexual), que têm sido observados em um número crescente de linhagens. que se pensava terem perdido a capacidade de produzir machos há muito tempo. Isto abre novos caminhos potenciais para a investigação, com implicações que podem ir muito além dos bichos-pau.
"Observar o quão generalizada é a preservação genética após a perda de características em uma escala maior continua sendo fundamental. Embora o complexo de espécies de Bacillus ofereça uma boa estrutura para abordar essas questões, seria útil analisar um complexo de espécies maior onde ocorreram múltiplas transições entre estratégias reprodutivas ", observa Forni.
"Embora muitas vezes seja necessário confiar em espécies modelo para descobrir e dissecar processos biológicos, é ainda mais importante testar as nossas hipóteses num contexto mais amplo. Isto só será possível se dedicarmos mais esforço à observação e análise da incrível diversidade de organismos e suas intrincadas adaptações”.
