Manchas oculares, as marcas circulares de cores contrastantes encontradas nas asas de muitas espanãcies de borboletas, são usadas por essas criaturas esvoaa§antes para intimidar ou distrair os predadores. Uma equipa de cientistas liderada pela Professora Anta³nia Monteiro da Universidade Nacional de Singapura (NUS) realizou um estudo de investigação para compreender melhor as origens evolutivas destas manchas oculares, e descobriu que as manchas oculares parecem ter derivado do recrutamento de uma complexa rede de genes que já estava operando no corpo das borboletas para construir antenas, pernas e atéasas.

"Este novo estudo aborda como novos traa§os complexos podem se originar. Esses traa§os complexos exigem a entrada de muitos genes interativos para seu desenvolvimento e são frequentemente ilustrados pelo olho de vertebrados, ou o flagelo da bactanãria. Em nosso estudo, analisamos a forma como as borboletas as manchas oculares — um exemplo de caracterí­stica complexa — surgiram e conclua­mos que uma abordagem de recrutamento em rede éadotada pelas borboletas para a criação de manchas oculares. Tambanãm identificamos a rede especa­fica de genes que provavelmente foi recrutada", disse o professor Monteiro, que éda Departamento de Ciências Biola³gicas do NUS.

As descobertas foram publicadas pela primeira vez na revista Proceedings of the National Academy of Sciences nesta quarta-feira,16 de fevereiro de 2022.

Compreender o recrutamento da rede de genes pode ser abordado imaginando um programa de computador complexo com milhares de linhas de ca³digo, com cada linha representando uma instrução ou função simples. Dentro do ca³digo estãoblocos de texto, posicionados um pouco mais para dentro da margem, representando sub-rotinas. Essas sub-rotinas, ou conjuntos de instruções que executam tarefas especa­ficas, são escritas uma vez no ca³digo, mas são referidas repetidamente pelo programa a  medida que ele éexecutado. Para que isso ocorra, cada sub-rotina deve receber um nome aºnico e ser referido no ca³digo subsequente. Um pedaço de ca³digo complexo geralmente contanãm muitas sub-rotinas, onde cada sub-rotina única éescrita apenas uma vez na a­ntegra.

A mesma lógica de sub-rotina parece valer para como o processo de desenvolvimento écodificado no DNA de um organismo. Neste caso, a sub-rotina échamada de rede reguladora de genes. Uma rede reguladora de genes éuma cadeia de instruções que envolve a transcrição, ou silenciamento, de vários genes em uma sequaªncia temporal. Os organismos são construa­dos atravanãs da implantação de muitas dessas redes reguladoras de genes, em uma sequaªncia precisa, durante o desenvolvimento. O novo estudo da equipe do NUS descobriu que o desenvolvimento de ocelos nas asas das borboletas depende da implantação de uma rede reguladora de genes pré-existente que já estava sendo usada para construir as antenas, pernas e asas dessas borboletas.

A presença dessas sub-rotinas já havia sido hipotetizada antes, principalmente porque os mesmos genes continuavam sendo descobertos como expressos e associados ao desenvolvimento de novos traa§os. No entanto, não ficou claro se a expressão desses genes na nova caracterí­stica representava novas linhas de ca³digo do genoma, cada uma exigindo a expressão de um gene pré-existente, ou linhas de ca³digo pré-existentes sendo lidas mais uma vez, semelhante a uma sub-rotina. em um programa de computador.

Para descobrir isso, NUS pa³s-doutorado Dr. Heidi Connahs e estudante de doutorado Sr. Suriya Murugesan deletou seqoaªncias reguladoras de DNA únicas no genoma, mas não os genes em si, e mostrou que várias caracteri­sticas foram afetadas por essas mutações. Isso defende uma única rede reguladora de genes , ou sub-rotina, subjacente ao desenvolvimento de todas as caracterí­sticas. Os dois pedaço s de DNA que foram alvos eram interruptores reguladores pra³ximos aos genes Distal-less e spalt. O desenvolvimento de ocelos, antenas, pernas e asas foram interrompidos quando essas regiaµes de cerca de 390-700 pares de bases foram interrompidas. "Foi incra­vel observar como essas caracteri­sticas complexas significativas foram afetadas pelas mesmasmudanças no DNA", disse o Dr. Connahs.

Murugesan também sequenciou os pedaço s de tecido que desenvolvem manchas nas asas e comparou o conjunto completo de genes expressos com aqueles expressos em outras caracterí­sticas. "As manchas oculares compartilharam o perfil de expressão gaªnica mais pra³ximo com as antenas, mas não com as pernas ou outros tecidos da asa, como a margem da asa", disse Murugesan. O bolsista de pa³s-doutorado da NUS, Dr. Yuji Matusoka, então examinou três genes expressos em ambos os olhos e antenas e mostrou que as conexões regulata³rias entre eles eram idaªnticas, com um gene sendo importante na regulação de outros dois. "Quando encontrei um pedaço de células na regia£o da mancha ocular sem a expressão do primeiro gene, percebi que a expressão dos outros dois genes também estava faltando", disse o Dr. Matusoka.

"Esses experimentos se basearam na descoberta de mutações que atingiam exatamente as células centrais da mancha ocular após injeções embriona¡rias que exigiam muita paciaªncia", disse o professor Monteiro.

No geral, o estudo destacou que a evolução de novos traa§os complexos, como manchas oculares de borboleta, ocorre por meio de mutações no ca³digo genanãtico que lembram uma sub-rotina pré-existente no genoma que já foi usada para outros traa§os complexos, como antenas e outros membros. Os tipos de mutações que produzem essas redistribuições de redes de genes pré-existentes ainda precisam ser descobertos, mas prevaª-se que sejam mutações comuns que, por acaso, levam a  lembrana§a de grandes sub-rotinas gena´micas pré-existentes envolvendo centenas de genes.

O pra³ximo passo nesta pesquisa étestar ainda mais se as sequaªncias reguladoras correspondentes desses dois genes de espanãcies de borboletas sem manchas são capazes de ativar a expressão gaªnica na regia£o das manchas oculares em espanãcies com manchas oculares. "Esta seria a cereja no topo do bolo", disse o professor Monteiro, "porque confirma ainda que uma sequaªncia genanãtica de uma sub-rotina antiga serárecuperada para esse novo lugar no corpo em espanãcies com a mutação de recuperação".