Pesquisadores da Escola de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas do Texas A&M (VMBS) e uma equipe interdisciplinar de colaboradores descobriram novas informações sobre a história da evolução dos gatos, explicando como os gatos - incluindo espécies bem conhecidas como leões, tigres e gatos domésticos - evoluíram em diferentes espécies e esclarecendo como as diferentes mudanças genéticas nos gatos se relacionam com as habilidades de sobrevivência, como a capacidade de cheirar a presa.

Ao comparar genomas de várias espécies de gatos, o projeto, publicado hoje na Nature Genetics , ajudou os investigadores a compreender porque é que os genomas dos gatos tendem a ter menos variações genéticas complexas (como rearranjos de segmentos de ADN) do que outros grupos de mamíferos, como os primatas. Também revelou novos insights sobre quais partes do DNA dos gatos têm maior probabilidade de evoluir rapidamente e como elas desempenham um papel na diferenciação das espécies.

“Nosso objetivo era entender melhor como os gatos evoluíram e a base genética das diferenças de características entre as espécies de gatos”, disse o Dr. Bill Murphy, professor de biociências integrativas veterinárias da VMBS, especializado na evolução dos gatos. “Queríamos aproveitar algumas novas tecnologias que nos permitem criar mapas genômicos de gatos mais completos.

“Nossas descobertas abrirão portas para pessoas que estudam doenças, comportamento e conservação felina”, disse ele. “Eles trabalharão com uma compreensão mais completa das diferenças genéticas que tornam cada tipo de gato único”.

Entre as coisas que os cientistas estavam a tentar compreender melhor está a razão pela qual os cromossomas dos felinos – estruturas celulares que contêm a informação genética para características como a cor do pêlo, o tamanho e as capacidades sensoriais – são mais estáveis do que noutros grupos de mamíferos.

“Já sabemos há algum tempo que os cromossomos dos gatos entre as espécies são muito semelhantes entre si”, disse Murphy. "Por exemplo, os cromossomos de leões e gatos domésticos quase não diferem. Parece haver muito menos duplicações, rearranjos e outros tipos de variação do que os comumente encontrados em grandes símios."

Na ordem dos primatas, este tipo de variação genética levou à evolução de diferentes espécies – incluindo humanos e grandes símios.

“Os genomas dos grandes primatas tendem a quebrar-se e a reorganizar-se, e mesmo os genomas humanos têm regiões muito instáveis”, disse Murphy. “Essas variações podem predispor certos indivíduos a terem condições genéticas, como autismo e outros distúrbios neurológicos”.

A chave para esta variação entre gatos e macacos, como Murphy descobriu, parece ser a frequência de algo chamado duplicações segmentares – segmentos de ADN que são cópias altamente semelhantes de outros segmentos de ADN encontrados noutros locais do genoma .

“Pesquisadores do genoma de primatas conseguiram vincular essas duplicações segmentares a rearranjos cromossômicos”, disse ele. Quanto mais duplicações segmentares você tiver em seu DNA, maior será a probabilidade de os cromossomos se reorganizarem, e assim por diante.

“O que descobrimos ao comparar um grande número de genomas de espécies de gatos é que os gatos têm apenas uma fração das duplicações segmentares encontradas em outros grupos de mamíferos – os primatas, na verdade, têm sete vezes mais dessas duplicações do que os gatos. acreditamos que entendemos por que os genomas dos gatos são mais estáveis", disse ele.

Embora os gatos possam não ter tantos rearranjos genéticos grandes em seu DNA, eles ainda apresentam muitas diferenças. Através da sua investigação, Murphy e os seus colegas compreendem agora melhor que partes do ADN dos gatos causam essas variações, especialmente as variações que definem a especiação, ou as diferenças entre espécies.

“Acontece que há uma grande região no centro do cromossomo X onde ocorre a maioria dos rearranjos genéticos”, disse Murphy. “Na verdade, há um elemento repetitivo específico nesta região chamado DXZ4 que as evidências nos dizem ser em grande parte responsável pelo isolamento genético de pelo menos duas espécies de felinos, o gato doméstico e o gato selvagem”.

DXZ4 é o que Murphy chama de repetição de satélite – não é um gene típico que codifica uma característica física como a cor do pelo, mas sim ajuda na estrutura tridimensional do cromossomo X e provavelmente desempenhou um papel importante na especiação dos gatos.

“Ainda não sabemos o mecanismo preciso, mas comparando todos estes genomas de gatos, podemos medir melhor a taxa à qual o DXZ4 evoluiu numa espécie em comparação com todas as outras. evoluindo partes do genoma do gato; está evoluindo mais rápido do que 99,5% do resto do genoma", explicou ele.

“Devido à taxa de mutação, conseguimos demonstrar porque é que o DXZ4 está provavelmente ligado à especiação”, disse Murphy.

Usando sequências genômicas novas e altamente detalhadas, a equipa também descobriu ligações mais claras entre o número de genes olfactivos, que governam a detecção de cheiros em gatos, e a variação no comportamento social e como estes se relacionam com o ambiente.

“Como os gatos são predadores que dependem muito do olfato para detectar suas presas, o olfato é uma parte muito importante de quem eles são”, disse Murphy. “Os gatos são uma família muito diversificada e sempre quisemos compreender como a variação genética desempenha um papel na capacidade de diferentes espécies de gatos cheirarem nos seus diferentes ambientes .

“Leões e tigres têm uma grande diferença entre certos genes odoríferos envolvidos na detecção de feromônios, que são substâncias químicas que diferentes animais liberam no ambiente para comunicar informações sobre identidade, território ou perigo”, continuou ele.

“Achamos que a grande diferença tem a ver com o fato de os leões serem animais muito sociais, viverem em grupos familiares e os tigres viverem um estilo de vida solitário. Os leões podem ter uma dependência reduzida de feromônios e outros odores porque estão constantemente perto de outros leões, o que se reflete no menor número de animais. genes desse tipo em seus genomas", disse ele.

Os tigres, por outro lado, precisam ser capazes de sentir o cheiro de presas em territórios muito grandes, bem como encontrar parceiros.

“Os tigres, em geral, têm grandes repertórios olfativos e de receptores de feromônios”, explicou Murphy. “Achamos que isso está diretamente ligado ao tamanho de seus territórios e à variedade de ambientes em que vivem”.

Os gatos domésticos, por outro lado, parecem ter perdido uma ampla gama de genes olfativos.

“Se eles não precisam viajar tão longe para encontrar o que precisam porque vivem com outras pessoas, faz sentido que a seleção natural não preserve esses genes”, disse ele.

Murphy compartilhou que seu exemplo favorito do projeto são os receptores de odor do gato pescador, uma espécie de gato selvagem adaptada a água que vive no sudeste da Ásia.

“Conseguimos mostrar que os gatos pescadores retiveram muitos genes para detectar odores transmitidos pela água, o que é uma característica bastante rara em vertebrados terrestres”, disse ele. “Todas as outras espécies de gatos perderam esses genes específicos ao longo do tempo, mas os gatos pescadores ainda os possuem”.

Esta nova informação sobre genes olfativos em gatos foi possível através de uma nova abordagem de sequenciação do genoma chamada trio binning, que permite aos investigadores sequenciar as regiões mais difíceis de um genoma.

Esta nova tecnologia também torna muito mais fácil a separação do DNA materno e paterno.

“Com o trio binning, agora você pode pegar o DNA de um híbrido F1 – um animal cujo DNA é dividido 50-50 entre pais de espécies diferentes – e separar claramente o DNA materno e paterno, dando a você dois conjuntos completos de DNA, um para cada espécie-mãe", disse Murphy. “O processo é muito mais simples e os resultados são mais completos”.

Uma das conclusões mais importantes do projeto é que as espécies de felinos podem ser semelhantes em muitos aspectos, mas as suas diferenças são importantes.

“Estas diferenças mostram-nos como estes animais se adaptam perfeitamente aos seus ambientes naturais”, disse Murphy. “Eles não são intercambiáveis e são informações valiosas para conservacionistas e outros que trabalham para preservar ou restaurar espécies em seus habitats naturais.

“Por exemplo, não se pode presumir que os tigres de Sumatra e da Sibéria sejam iguais”, disse ele. “Seus ambientes são totalmente diferentes, e essas populações de tigres provavelmente desenvolveram adaptações genéticas especializadas para ajudá-los a sobreviver nesses lugares tão diferentes”.

Também é importante que os cientistas percebam que as secções dos genomas que são mais difíceis de montar podem ser apenas a chave para a compreensão de sistemas corporais cruciais, como a imunidade e a reprodução.

"Os genes olfativos não são os únicos que têm sido difíceis de sequenciar e estudar. Os cientistas também têm lutado para sequenciar genes imunológicos e reprodutivos, então estudos anteriores carecem desse tipo de informação. Imagine tentar estudar uma condição genética em gatos, humanos , ou qualquer espécie , sem ter todas as peças; é por isso que montar genomas completos é importante", disse Murphy.

Por enquanto, Murphy e sua equipe continuarão aplicando as mais avançadas tecnologias de sequenciamento e montagem de genomas aos genomas dos gatos, a fim de preencher o máximo de informações possível sobre o mundo dos gatos.

O estudo foi conceituado por Bill Murphy – professor VMBS de biociências integrativas veterinárias na Texas A&M e Wes Warren – professor de genômica no Bond Life Sciences Center da Universidade de Missouri. Colaborações adicionais envolveram pesquisadores da Universidade de Washington, da University College Dublin, do Instituto de Biologia de Sistemas de Seattle, da Louisiana State University e do Centro Oceanográfico Guy Harvey.