Introdução à Genética
Alterações adaptativas em uma proteína reguladora de pigmento
Alterações adaptativas em uma proteína reguladora de pigmento Alguns dos exemplos mais surpreendentes e mais bem-compreendidos da divergência morfológica são encontrados nos padrões da coloração corporal em animais. A pelagem dos mamíferos, a plumagem das aves, as escamas dos peixes e os esquemas de cores das asas dos insetos são maravilhosamente diversos. Investigadores realizaram muitos progressos na compreensão sobre o controle genético da formação das cores e de seu papel na evolução das diferenças de colorações dentro das espécies e entre elas.
Na região de Pinacate no sudoeste do Arizona, afloramentos rochosos escuros são circundados
por granito arenoso de cor mais clara (Figura 20.10). O pequeno roedor Chaetodipus intermedius habita Pinacate, bem como outras áreas rochosas dessa região. Os camundongos encontrados nas rochas magmáticas são tipicamente de coloração escura, enquanto aqueles encontrados nas áreas adjacentes de granito de cor arenosa ou no solo desértico em geral são normalmente de coloração
clara (Figura 20.11). Estudos de campo sugerem que a correspondência entre a cor da coloração da pelagem e do ambiente protege os camundongos contra a sua visualização por parte de predadores.
O roedor Chaetodipus intermedius fornece um exemplo do melanismo – a ocorrência de uma
forma escura em uma população ou espécie. O melanismo é um dos tipos mais comuns de variação fenotípica em animais. A coloração escura da pelagem ocorre em virtude da pesada deposição do pigmento melanina, o pigmento mais difundido no reino animal. Em mamíferos, dois tipos de melanina são produzidos nos melanócitos (as células de pigmento da epiderme e dos folículos pilosos): eumelanina, que forma os pigmentos pretos ou marrons, e feomelanina, que forma os pigmentos amarelos ou vermelhos. As quantidades relativas de eumelanina e feomelanina são controladas pelos produtos de diversos genes. Duas proteínas-chave são o receptor de melanocortina 1 (MC1R) e a proteína aguti. Durante o ciclo de crescimento dos pelos, o hormônio estimulante dos melanócitos α (α-MSH) se liga à proteína MC1R, que aciona a indução das enzimas produtoras dos pigmentos. A proteína aguti bloqueia a ativação de MC1R e inibe a produção de eumelanina.
FIGURA 20.10 Fluxos de lava no deserto de Pinacate produziram rochas pretas adjacentes aos substratos de cor arenosa. (Michael Nachman, University of Arizona.)
FIGURA 20.11 Chaetodipus intermedius de coloração clara e escura da região de Pinacate, no Arizona, estão demonstrados em solo com cor arenosa e na rocha magmática preta. (Michael Nachman, de M. W. Nachman et al., “The Genetic Basis of Adaptive Melanism in Pocket Mice”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 2003, 5268-5273.)
Michael Nachman e seus colegas examinaram as sequências de DNA dos genes mcr1 dos
roedores Chaetodipus intermedius de coloração clara e escura. Eles observaram a presença de quatro mutações no gene mc1r em roedores escuros, que fazem com que a proteína MC1R seja diferente em quatro resíduos de aminoácidos da proteína correspondente em roedores claros. Achados de estudos bioquímicos sugerem que tais mutações fazem com que a proteína MC1R seja constitutivamente ativa (ativa em todas as ocasiões), evitando (bypassing) a regulação da atividade receptora pela proteína aguti. Na verdade, mutações em mc1r estão associadas ao melanismo em todos os tipos de vertebrados, selvagens e domesticados. Muitas dessas mutações alteram resíduos na mesma parte da proteína MC1R e as mesmas mutações ocorreram independentemente em
algumas espécies (Figura 20.12).
De muitas maneiras, podemos pensar a respeito desses roedores escuros como análogos aos
tentilhões das Galápagos, e das rochas magmáticas como novos habitats “insulares” produzidos pela mesma atividade vulcânica que produziu as ilhas Galápagos. O tipo de coloração arenosa do roedor aparenta ser o tipo ancestral, semelhante ao tentilhão continental ancestral que colonizou Galápagos. A vantagem de ser menos visível para os predadores resultou em seleção natural em relação à coloração da pelagem e a invasão das ilhas de rochas magmáticas pelos roedores levou à difusão de um alelo que foi favorecido no solo rochoso negro e selecionado contra o solo de coloração arenosa. Novas mutações no gene mc1r foram essenciais para essa adaptação ao cenário em alteração.
A evolução do melanismo em roedores Chaetodipus intermedius ilustra como a adaptabilidade
depende das condições nas quais um organismo vive. A nova mutação preta foi favorecida no ambiente com rochas magmáticas, mas desfavorecida na população ancestral que vive em terreno de cor arenosa.