A Influência dos Supergénios no Processo Evolutivo

Ao associar características benéficas, os supergenes conferem vantagens evolutivas significativas. No entanto, esta associação tem custos potenciais, uma vez que se torna extremamente difícil eliminar mutações prejudiciais.

Tradicionalmente, acredita-se que a reprodução sexual evoluiu como um meio para os organismos misturarem ou recombinarem diferentes alelos (variações genéticas) na geração seguinte, criando uma variação genética essencial para a seleção natural e a adaptação. No entanto, investigações recentes indicam que nem todas as regiões do genoma sofrem a mesma mistura. Algumas regiões, contendo de alguns a centenas de genes, raramente sofrem recombinação.

Consequentemente, a mesma combinação de alelos é consistentemente transmitida em conjunto para a geração seguinte, formando unidades genéticas conhecidas como “supergenes”. Estes supergénios foram identificados em vários organismos, como formigas, borboletas, aves, peixes, plantas e fungos, sendo provável que haja mais à espera de serem descobertos.

Os cientistas propõem que os supergenes evoluem de forma semelhante aos cromossomas sexuais. Ao longo do tempo evolutivo, os alelos que beneficiam os machos mas não as fêmeas são seleccionados para serem transmitidos em conjunto. Este processo leva ao desenvolvimento de regiões com recombinação suprimida, como se vê entre os cromossomas X e Y nos mamíferos. Essa região pode se expandir à medida que alelos mais vantajosos para um sexo, mas não para o outro, se acumulam perto da região inicial de recombinação suprimida.

O Papel dos Supergenes na Regulação de Características e Organização Social

Este fenómeno é conhecido como seleção sexualmente antagónica. Descobertas recentes revelam que os cromossomas sexuais representam apenas uma instância específica de um fenómeno mais extenso. Os supergénios, caracterizados por uma recombinação suprimida, podem desempenhar um papel na regulação de várias características, para além dos cromossomas sexuais. Nomeadamente, podem influenciar a organização social, como observado no caso das formigas-da-madeira Formica.

“Existe uma força evolutiva conhecida como seleção antagónica, que se espera que conduza à expansão dos cromossomas sexuais, e previa-se que a presença desta força se manifestasse também nos supergenes. Estamos agora a confirmar este fenómeno pela primeira vez”, explica Buck Trible, especialista em supergénios de formigas da Universidade de Harvard.

Os supergénios desempenham um papel importante na organização das sociedades das formigas-da-madeira Formica. Estas formigas possuem um supergene no cromossoma 3 que determina se as colónias têm uma única ou várias rainhas. Uma descoberta recente feita por investigadores da Universidade da Califórnia, em Riverside, revelou outro supergene no cromossoma 9 nestas formigas da madeira. Este supergene regula o tamanho das rainhas, sendo que uma variante produz rainhas em miniatura aproximadamente 20% mais pequenas do que as rainhas de tamanho padrão.

Associação entre Rainhas em Miniatura e Colónias com Várias Rainhas

O estudo revelou que as rainhas em miniatura são predominantemente encontradas em colónias com várias rainhas. Essencialmente, a versão do supergene no cromossoma 9 associada a colónias com várias rainhas está intimamente ligada à versão do supergene no cromossoma 3 responsável pela geração de rainhas em miniatura.

Os cromossomas não apresentam fusão física e os investigadores observaram que mais de 20% dos ovos de formiga apresentam combinações de supergénios “desencontradas”. Por exemplo, uma formiga pode possuir a versão do cromossoma 3 responsável pelas colónias de uma só rainha e, simultaneamente, a versão do cromossoma 9 que gera rainhas em miniatura. No entanto, apenas uma pequena proporção de indivíduos com estas incompatibilidades sobrevive até à idade adulta, o que indica uma seleção robusta contra tais combinações.

A entomologista Giulia Scarparo, principal autora do estudo, explica: “A nossa hipótese é que, em casos de incompatibilidades, os indivíduos tendem a transformar-se em operárias em vez de rainhas”. Além disso, “existe um mecanismo que afecta negativamente o desenvolvimento destes indivíduos, explicando porque é que raramente observamos esta incompatibilidade na fase adulta”.

Os investigadores designam a forte seleção contra as combinações desencontradas como seleção “socialmente antagónica”, uma vez que é paralela à seleção sexualmente antagónica que impulsiona a evolução dos cromossomas sexuais.

Nas colónias de uma só rainha, as rainhas maduras embarcam normalmente num voo nupcial para estabelecer novas colónias, utilizando a gordura corporal e os músculos para a ninhada inicial. Recursos metabólicos limitados desafiam as rainhas pequenas no estabelecimento independente de colónias, levando a uma maior eficiência na prosperidade de colónias com várias rainhas.

Papel Evolutivo das Colónias com Várias Rainhas no Aparecimento de Rainhas Miniatura

Os investigadores propõem que a evolução das colónias com várias rainhas foi crucial para o aparecimento de rainhas em miniatura. Estas rainhas mais pequenas dependem dos recursos das obreiras produzidas por outras rainhas em colónias com várias rainhas para sustentar a sua descendência. Algumas rainhas em miniatura investem desproporcionadamente recursos na produção de mais da sua espécie, apresentando potencialmente um comportamento social parasitário dentro da colónia. Scarparo sugere: “As rainhas pequenas podem funcionar como parasitas sociais”.

Numerosas espécies de formigas parasitas sociais sem obreiras, num total de várias centenas, exploram os recursos dos ninhos de parentes próximos para a sua ninhada. A evolução destas espécies socialmente parasitas é ainda um mistério, mas é provável que os supergénios sociais desempenhem um papel importante.

A supressão da recombinação nos supergenes envolve frequentemente inversões cromossómicas, virando uma secção e invertendo a ordem da sequência genética. Isto dificulta o alinhamento e a recombinação durante a meiose, o processo de divisão celular que gera as células sexuais. A ausência de baralhamento genético pode ligar permanentemente duas mutações benéficas em genes diferentes. Marcus Kronforst, um investigador de supergénios em borboletas da Universidade de Chicago, explica: “Uma vez que ocorre uma inversão, a variação genética que acompanha as mutações benéficas fica essencialmente bloqueada para sempre com elas, assemelhando-se a um acidente histórico”.

Compreender a Dinâmica dos Genes nos Supergénios

Em muitos supergenes, incluindo o supergene social destas formigas, numerosos genes colaboram, enquanto outros são espectadores na região de recombinação suprimida. O supergene social das formigas-da-madeira inclui cerca de 500 genes, sendo que apenas uma pequena fração contribui diretamente para o número de rainhas da colónia, observa Jessica Purcell, a autora principal do estudo e investigadora de formigas da UC Riverside.

Esta disposição não só influencia a evolução das características diretamente controladas pelos supergenes, como também tem impacto em todas as características reguladas por genes dentro do supergene. Enquanto as combinações benéficas são mantidas juntas, as regiões de recombinação suprimida podem acumular mutações prejudiciais, colocando desafios para sua remoção devido à sua associação com outras características vantajosas no supergene.

A manutenção de múltiplas versões do supergene na população envolve um compromisso, como explica Kronforst: “Terá algum benefício associado ao haplótipo de inversão, mas também há algum prejuízo associado a ele, porque está sempre ligado a alguma quantidade de variação genética deletéria”.

Desvendando o Papel de um Supergene nas Borboletas Rabo de Andorinha

Kronforst investiga um supergene em borboletas de cauda de andorinha que regula tanto o padrão de cor como a forma das suas asas. Em Papilio polytes, as fêmeas podem apresentar quatro padrões distintos de cor das asas, três dos quais imitam diferentes borboletas venenosas. Para compreender este supergene, a equipa de Kronforst sequenciou o genoma da cauda de andorinha, antecipando centenas de genes. Inesperadamente, descobriram que um único gene, o doublesex, controla tanto a forma como a cor das asas. Este gene, originalmente envolvido na regulação do dimorfismo sexual dentro de uma espécie, foi adaptado pelas borboletas para regular o padrão das asas especificamente nas fêmeas.

Na borboleta rabo de andorinha, o doublesex apresenta quatro versões (haplótipos) dentro de um supergene invertido, impedindo a recombinação dentro do gene. Isto é essencial para preservar os padrões distintos das asas, evitando uma mistura que exporia as borboletas aos predadores. A equipa de Kronforst explora a regulação do mimetismo em parentes de Papilio polytes, descobrindo outras espécies que usam doublesex sem inversões para separar haplótipos. A ausência de mecanismos de prevenção da recombinação nestas espécies levanta questões sobre a forma como as borboletas evitam misturar os padrões das asas, destacando as inversões como apenas um meio de suprimir a recombinação.

Purcell sublinha que a compreensão da variação da recombinação no genoma é uma fronteira no pensamento evolutivo, influenciando a trajetória da evolução das características.

Leia O Artigo Original: SCIAM

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