COMO CASCAVÉIS DESENVOLVERAM E PERDERAM SUA PEÇONHA.

Milhões de anos atrás, a árvore de família das serpentes brotou novos ramos, o antepassado das modernas cascavéis era dotado de um arsenal genético de armas tóxicas, incluindo genes para toxinas que envenenam o sangue, toxinas com dano muscular e que afetam o sistema nervoso, é o que descobriu uma equipe de investigação liderada por Sean B. Carroll da Universidade de Wisconsin-Madison.

Cascavel ocidental de Diamondbacks (imagem). Diferentes espécies de cobras manteve os genes para diferentes tipos de toxinas e derramou outros, mostra nova pesquisa. Crédito: © Steve Byland / Fotolia

Cascavel ocidental de Diamondbacks (imagem). Diferentes espécies de serpentes mantiveram os genes para diferentes tipos de toxinas e perderam outras: é o que mostra a nova pesquisa. Crédito: © Steve Byland / Fotolia

Mas, em um período relativamente curto de tempo evolutivo, o grupo das cascáveis foi ficando cada vez mais ramificado, como as Diamondbacks Oriental e ocidental de da América do Norte que mudaram seus genes de neurotoxina por completo, e em vez daquelas toxinas que machucam, manteve toxinas que danificam os músculos e vasos sanguíneos de suas presas. Enquanto isso, a cascavel Mojave manteve a neurotoxina e perdeu alguns outros genes. O estudo está publicado na revista Current Biology.

“Fomos minando o registro DNA para obter informações sobre como a evolução funciona”, diz Carroll, professor de biologia molecular e genética na UW-Madison e vice-presidente para a educação científica no Instituto Médico Howard Hughes (HHMI). “Para perscrutar essas serpentes, que são relativamente jovens em termos de tempo evolutivo, e ver essas diferenças dramáticas em um “quem-tem-o-que” geneticamente é realmente surpreendente. Esses tipos de alterações genéticas não costumam acontecer nesta escala de tempo, para Nesta medida”.

Com Elda Sanchez, uma colaboradora especialista em toxinas naturais do Centro de Pesquisa Nacional e Departamento de Química da Texas A & M University-Kingsville, e colegas da HHMI, UW-Madison investigadores doutorados Noah Dowell e Matt Giorgianni começaram a trabalhar e rastrear a origem genética e evolução de toxinas cascavel.

Para fazer isso, eles examinaram o código genético dos familiares cascavel e reconstruíram sua história evolutiva. Eles descobriram que os genes de neurotoxina evoluíram a cerca de 22 milhões de anos atrás, antes das primeiras cascavéis aparecerem, a cerca de 12 a 14 milhões de anos atrás.

“Serpentes apresentam um problema realmente interessante em que você tem todas estas diferentes espécies de cascavéis que vieram para o Novo Mundo há relativamente pouco tempo, e eles têm expandido e diversificado enormemente”, diz Giorgianni. “Para os biólogos evolutivos, isso é realmente interessante. Nós estávamos curiosos para entender como os componentes de sua peçonha mudaram tão rapidamente ao longo do tempo”.

Então, eles estudaram os ramos individuais sobre a árvore genealógica cascavel. O que eles encontraram os surpreendeu e desafiou todas as suas hipóteses iniciais: Cascavéis têm evoluiu rapidamente uma grande variedade de diferenças através da perda de genes, resultando em números variáveis de genes de peçonha e tipos.

Cada linhagem de cascavel suprimiu de dois a quatro genes de peçonha inteiros em relação ao seu ancestral comum, embora mantendo os genes para apenas um subconjunto de tipos de peçonha. O subconjunto de genes de cada espécie de serpente retido varia. Além disso, apenas dois dos sete genes de peçonha completos originais são compartilhados entre a cascavel Mojave, o Diamondback Ocidental e da Diamondback Oriental.

“Muitos dos genes que já trabalharam no laboratório são genes que são incrivelmente conservados através da história e mudaram muito pouco em meio bilhão de anos, seja em número ou em carácter”, diz Carroll. “Esta perda é incomum … não é apenas extraordinário a variação normal”. Na maioria das espécies estudadas, genes que já não são necessários normalmente demoram um longo tempo no genoma, eventualmente, degradante. Por exemplo, no genoma humano ainda vemos os restos da grande família gene receptor olfativo que deu a nossos ancestrais evolutivos um sentido de apurado no olfato, mesmo que os seres humanos não confiem neles.

Ele deixou os pesquisadores se perguntando: “Como é que você tem estas armas muito diferentes e como elas evoluem tão rapidamente e de forma tão diferente?” diz Dowell. Por que serpentes eliminaram completamente os genes para uma variedade de toxinas?

Giorgianni e Dowell trabalhou incansavelmente para determinar o que eles chamam de “ordem de nascimento” dos genes de toxina para aprender quando ele apareceu pela primeira vez, e quando cada cascavel perdeu-os. Se os genes eram um longo comboio, seria semelhante em determinar a ordem em que os carros do trem foram originalmente ligados e quando cada cascavel perdeu carros individuais no trem. Eles aprenderam que as cascavéis Ocidental e Diamondbacks orientais eliminaram de forma independente os genes neurotoxina a cerca de 6 milhões de anos atrás, enquanto o cascavel Mojave perdeu o gene da toxina muscular cerca de 4 milhões de anos atrás. Mais importante, os pesquisadores também aprendeu como isso aconteceu.

Os genes que fazem as proteínas toxinas sentar-se dentro de um complexo que tem incorporado no seu interior um tipo de sequência genômica chamada de elemento transponível. Elementos transponíveis são feitos das mesmas letras de nucleotídeos que definem todo o material genético, mas apenas algumas vezes o código para os genes leva a proteínas. No entanto, eles tornam mais fáceis para os genes serem duplicados dentro do complexo, e por genes a serem excluídos.

“Pode-se imaginar um processo rápido e dinâmico real nas cascavéis, onde este lugar todo (trecho de DNA) é uma espécie de respiração – expandindo e contraindo”, diz Giorgianni. “Isso realmente destaca como é a dinâmica desta região genômica e ajuda a colocar em perspectiva o quão rápido essas coisas podem acontecer”. Não só este parece ter levado às diferenças incomuns da peçonha entre as espécies, mas os pesquisadores descobriram uma variedade nos genes dentro das espécies também. Dowell e Giorgianni, foram assistidos por Sanchez, que examinou quatro serpentes Diamondback ocidentais e olhou para os seus complexos de genes da peçonha. Uma das serpentes tinha dois genes adicionais de peçonha que as outras três não tinham, assim como outras alterações no complexo.

“Aficionados em peçonha de serpentes tem apreciado essa variação nos tipos de peçonha dentro de uma única espécie por um longo tempo”, diz Dowell. “Ninguém tinha fornecido uma explicação genética a este nível”.

Essa explicação genética foi finalmente possível por causa da tecnologia que permitiu o laboratório realizar o sequenciamento de regiões específicas do genoma com alta qualidade. Mas os pesquisadores também analisaram e descobriram lugares que raramente os biólogos observam: em regiões do genoma que não codificam proteínas. Esta região permitiu-lhes olhar para uma janela evolutiva que a maioria dos biólogos ignora, diz Carroll.

“Há tantas oportunidades agora para entender o que está acontecendo e estender esse trabalho para fora de serpentes para perguntar: “Como genomas funcionam em geral”, diz Dowell. Os pesquisadores não podem dizer com certeza por que as serpentes se livram de algumas de suas armas, mas ecologicamente, eles dizem que provavelmente esta relacionado com as circunstâncias individuais de cada espécie que se encontrava ao longo do tempo. Talvez suas presas eram mais suscetíveis a um tipo de peçonha ou de outra, ou defesas evoluídas contra um tipo, mas não o outro.

“Eu acho que há boas evidências da natureza que há uma corrida armamentista acontecendo que geralmente existe entre predadores e presas”, diz Carroll. “Essas corridas armamentistas podem ser muito intensas e não muito diferente de coisas como antibióticos e bactérias, onde você tem um tipo muito forte de pressão seletiva em que voce pode morrer ou pode acelerar o ritmo de evolução e intensificar as mudanças que ocorrem ao longo do tempo”.

“É um teatro ecológico no jogo evolutivo e estamos assistindo o drama”, acrescenta. Ele também é otimista sobre o genoma das serpentes que vai continuar a contar histórias interessantes. “Nós estamos interessados em generalidades na biologia”, diz Carroll. “Você quer descobrir novos fenômenos, novas regras, novos insights. A aposta era que as serpentes, por causa de seu estilo de vida, fizeram essa mistura de toxinas, e pode ter alguns truques evolucionários que não tenham sido vistos antes… Há outros capítulos para desdobrar aqui”.

Jornal Referência:
Noah L. Dowell, Matt W. Giorgianni, Victoria A. Kassner, Jane E. Selegue, Elda E. Sanchez, Sean B. Carroll. The Deep Origin and Recent Loss of Venom Toxin Genes in Rattlesnakes. Current Biology, 2016; DOI:10.1016/j.cub.2016.07.038

Fonte: Science Daily

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