Pesquisa ajuda a desvendar variações e padrões em cromossomos sexuais e B de espécies evolutivamente independentes – Parte I

Pesquisa ajuda a desvendar variações e padrões em cromossomos sexuais e B de espécies evolutivamente independentes – Parte I

Tanto cromossomos sexuais quanto os B são bem distintos no genoma, mas pesquisadores apontam que seres vivos evolutivamente distantes apresentam padrões comuns de genes nesses cromossomos

Todo mundo já deve ter ouvido falar em cromossomos alguma vez. Eles são a estrutura compactada das moléculas de DNA, sendo grandes componentes da célula onde os genes se distribuem e, assim, responsáveis pela transmissão de grande parte das características hereditárias. Dentro do conjunto regular de cromossomos, destacam-se os cromossomos sexuais, que são elementos únicos em relação ao resto do genoma, pois estão relacionados a uma característica fundamental que é a determinação do sexo biológico.

Alguns grupos de seres vivos apresentam sistemas de cromossomos sexuais. Em aves, os machos possuem duas cópias do cromossomo sexual do tipo Z e as fêmeas possuem uma cópia Z e uma cópia do tipo W. Enquanto isso, em mamíferos as fêmeas apresentam dois cromossomos do tipo X e os machos possuem dois cromossomos sexuais diferentes (XY) e são, portanto, heterogaméticos. O sexo masculino em mamíferos é determinado por genes do cromossomo Y, que é herdado exclusivamente da linhagem masculina. O termo “cromossomo X” veio de “elemento X”, como foi denominado o primeiro cromossomo descoberto que tem associação com a determinação do sexo. Quando a ciência descobriu outros cromossomos sexuais, estes foram nomeados com as letras que vinham em seguida da letra X no alfabeto.

Os cromossomos que fazem parte do que chamamos de complemento cariotípico regular de uma espécie, incluindo os sexuais, são chamados de cromossomos A. Eles são cromossomos essenciais para a viabilidade, o desenvolvimento e a reprodução dos organismos. Mudanças no número ou na estrutura dos cromossomos A podem causar alterações, como síndromes cromossômicas e problemas de reprodução. Entretanto, também podem existir cromossomos extras no genoma de diferentes espécies, sugerindo que eles não são essenciais. Esses cromossomos extras são conhecidos como cromossomos B ou supranumerários. Cromossomos sexuais foram descobertos em 1905, em estudos feitos com insetos. Já os cromossomos B foram registrados pela primeira vez em 1907, também em insetos. Posteriormente, esses cromossomos diferenciados foram identificados entre outros animais, além de fungos e plantas.

O estudo desses cromossomos começou a crescer nos anos 1990, quando análises genômicas e ferramentas de bioinformática avançaram gradualmente. Sejam cromossomos sexuais ou cromossomos B, ambos os tipos de cromossomos podem ser bem distintos no genoma de diferentes espécies , embora possam apresentar alterações semelhantes em seres vivos evolutivamente distantes, como fungos, insetos, peixes e mamíferos. Por isso, esses elementos celulares são modelos interessantes para investigar e compreender a evolução da grande diversidade de seres vivos que temos na natureza.              

Cesar Martins, coordenador do projeto temático Cromossomos sexuais, cromossomos B e seus enigmas: sistemas modelo para estudos de evolução cromossômica e genômica | Arquivo pessoal

Há alguns anos, o geneticista Cesar Martins, professor da Unesp de Botucatu (SP), se concentra no estudo dos chamados cromossomos sexuais e cromossomos B. Perguntas sobre qual a composição desses elementos, qual sua origem e que tipo de alterações estes podem sofrer são recorrentes em seu grupo de pesquisa do Departamento de Biologia Estrutural e Funcional, no Instituto de Biociências de Botucatu. O pesquisador coordena, desde o início de 2017, um projeto temático da Fapesp chamado Cromossomos sexuais, cromossomos B e seus enigmas: sistemas modelo para estudos de evolução cromossômica e genômica.

Os tais dos polimorfismos…

Já é bem conhecido que espécies diferentes têm tipos e números diferentes de cromossomos. Independente da espécie, todos os cromossomos estão sujeitos a sofrerem mudanças em sua estrutura ao longo do tempo. Segundo Cesar, “o projeto está baseado na premissa de olharmos um pouco para os cromossomos do ponto de vista de polimorfismos que são variações bem estabelecidas ao longo do tempo. As espécies e seus organismos possuem um genoma muito dinâmico, por isso, falamos que tem as mutações, mutações no DNA alteram o genoma e isso reflete também nos cromossomos”.

Os polimorfismos, quando associados a cromossomos sexuais e B, têm significados evolutivos que intrigam a Citogenética, campo da ciência que investiga estrutura e função dos cromossomos. 

Conforme comenta Adauto Lima Cardoso – biólogo, doutor em Genética e atualmente pesquisador de pós-doutorado no projeto temático – “as variações citogenéticas podem estar associadas com o surgimento de espécies e até com disfunções, como o câncer. No entanto, compreender os efeitos e as causas das variações cromossômicas permanece como um grande desafio”.

Polimorfismos em cromossomos ligados ao sexo em muitas espécies de animais

Quando olhamos para o genoma dos organismos, encontramos diversas variações e os cromossomos sexuais representam só um tipo de polimorfismo. Conforme Cesar lembra: “as espécies que têm cromossomos sexuais diferenciados podem carregar genes de determinação sexual. Na biologia, ter os machos e as fêmeas é muito significativo, pois permite a reprodução sexuada e, consequentemente, gerar toda a diversidade biológica que temos”.

Mas quando se trata de espécies que até então não possuem cromossomos sexuais diferenciados, fica mais complexo de compreender a evolução do sexo nesses organismos. Nesse contexto, Cesar destaca: “Conhecemos muito bem a estrutura dos cromossomos sexuais de mamíferos, por exemplo, que apresentam um sistema de cromossomos sexuais bem determinado. Posso dizer que, do ponto de vista evolutivo, ele é bastante conservado e estável em todos os mamíferos. No entanto, temos outras tantas variações de cromossomos sexuais que conhecemos muito pouco e que ocorrem em outros grupos de animais, sejam invertebrados ou vertebrados”. Com base nisso, uma parte da equipe do projeto temático selecionou algumas espécies de insetos e peixes para estudar seus cromossomos sexuais por ainda serem desconhecidos quanto a sua história evolutiva e seu real papel na determinação sexual.

Adauto pesquisa um dos modelos biológicos do projeto temático que é uma espécie da família Cichlidae, a mesma dos acarás e das tilápias. Segundo o pesquisador, “um sistema sexual cromossômico surgiu em um ancestral dos mamíferos e essa característica foi mantida ao longo da evolução desse grupo. Nos peixes a história é diferente – percebemos que diversos tipos de sistemas sexuais cromossômicos surgiram, e ainda surgem, de maneira independente entre diferentes espécies.”

Com toda essa diversidade nos sistemas sexuais, é razoável entender por que a evolução dos cromossomos sexuais em peixes é tão complexa, intrigante e ainda relativamente pouco compreendida. Para Jordana Oliveira, bióloga e doutoranda do projeto temático, o que permite essa grande variedade nos sistemas sexuais de peixes é a plasticidade genômica, ou seja, os genomas variam bastante de uma espécie para a outra devido a sua propriedade dinâmica. Isto permite que esses animais tolerem ganhos, perdas ou rearranjos do DNA. Além disso, “em peixes a determinação sexual pode ocorrer de outras formas, como por influência do ambiente externo (temperatura, pH e/ou substâncias presentes na água), fazendo com que a genética do indivíduo tenha menos peso na determinação sexual”, acrescenta a pesquisadora.


Imagens de cromossomos de peixes tratados pela técnica FISH (fluorescence in situ hybridization) que consiste em hibridizar uma sequência de DNA de interesse para investigar a sua localização e organização nos cromossomos. Em (a) temos um cariótipo (organizações dos cromossomos metafásicos) de uma fêmea da espécie Apareiodon sp., também estudada no temático. Esta espécie possui o sistema de cromossomo sexual ZZ/ZW, onde a fêmea carrega o cromossomo “diferente”. Já em (b) temos a metáfase de um indivíduo com cromossomo B do ciclídeo Astatotilapia latifasciata. O cromossomo B está destacado devido à presença de inúmeras cópias da sequência de DNA hibridizada. Créditos: Jordana Oliveira e Marcelo Ricardo Vicari.

Entendendo melhor os cromossomos B . . .

Não são apenas os cromossomos sexuais que variam ao longo do tempo. Outro polimorfismo (variação) tão interessante quanto é a que ocorre com cromossomos B. Este é um tipo de cromossomo acessório, adicional ao complemento cromossômico da espécie. B porque eles não fazem parte dos cromossomos regulares chamados de A, e também representam um material interessante para estudos evolutivos porque existem em todos os grupos de organismos eucariotos, incluindo plantas, fungos e animais, e são elementos genômicos extras.

Esse mecanismo é chamado de “drive”, e o cromossomo B o utiliza para aumentar suas taxas de transmissão e se manter na população. Existem vários mecanismos de drive que podem ocorrer em diferentes momentos da divisão celular e de forma diferente entre os sexos. Um tipo de drive bastante observado ocorre durante a produção dos gametas de fêmeas. Nesse processo, é formado um óvulo e três corpúsculos polares, que degeneram. O mecanismo de drive evita que o cromossomo B migre para os corpúsculos polares e o óvulo o recebe preferencialmente, evitando sua eliminação.

Exemplo de mecanismo de drive de cromossomos B durante a primeira divisão da meiose de fêmeas. Apenas cromossomos B estão sendo representados nas células. (A) antes da divisão celular ocorre a duplicação do material genético, para que a informação genética não seja reduzida pela metade a cada divisão; as duas cópias ficam unidas pelo centrômero (B) em uma divisão normal, cada cópia cromossômica deve migrar para uma célula-filha, mantendo o número cromossômico estável ao longo das gerações; além disso uma das células filhas degenera formando o corpúsculo polar (C) algum mecanismo, como a segregação preferencial, pode fazer com que as duas cópias cromossômicas migrem para uma mesma célula-filha, enquanto que a outra célula-filha, que formará o corpúsculo polar, não recebe nenhuma cópia. Isso evita a eliminação de cópias de cromossomo B durante a formação do corpúsculo polar e aumenta o número cromossômico na célula-filha que permanece.

Assim, não é uma meiose normal. “Se não tem par, não tem uma segregação razoável, esperar-se-ia que o cromossomo B desaparecesse com o tempo. Entretanto, ele é observado em alta frequência na população de algumas espécies”, acrescenta Cesar. Só o drive explica isso.

E para que os cromossomos B se mantêm nos organismos? Eles trazem alguma vantagem adaptativa? Para saber sobre isso, não percam a continuação desta reportagem no blog DNA Explica!

CONHEÇA O AUTOR

Adriane Pinto Wasko

Bióloga pela UFSCar, mestre e doutora em Genética e Evolução pela UFSCar e pós-doutora pela UNESP. É docente do Instituto de Biociências de Botucatu (IBB) – UNESP, desenvolve projetos de pesquisa voltados à conservação de espécies de aves ameaçadas de extinção e, também, coordena a Agência de Divulgação Científica e Comunicação (AgDC) do IBB.

Vinícius Nunes Alves

Licenciado e bacharel em Ciências Biológicas pelo IBB/UNESP, mestre em Ecologia e Conservação de Recursos Naturais pela UFU. Atualmente é estudante de especialização em Jornalismo Científico pelo Labjor/UNICAMP e colunista do jornal Notícias Botucatu.

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