Introdução à Genética
Perda de características por meio da evolução de sequências reguladoras
CONCEITO-CHAVE As alterações evolutivas nas sequências reguladoras de ação cis desempenham um papel crítico na evolução
da expressão gênica. Elas contornam os efeitos pleiotrópicos de mutações nas sequências codi cadoras dos genes que
apresentam múltiplos papéis no desenvolvimento.
Perda de características por meio da evolução de sequências reguladoras Características morfológicas podem ser perdidas, bem como ganhas, como resultado de alterações adaptativas nas sequências reguladoras de ação cis. Se não houver pressão seletiva para manter uma característica, ela pode ser perdida ao longo do tempo. Mas algumas perdas são benéficas, tendo em vista que facilitam alguma alteração no estilo de vida. Os membros traseiros, por exemplo, foram perdidos muitas vezes em vertebrados – em cobras, lagartos, baleias e peixes-boi – na medida em que esses organismos se adaptaram a diferentes habitats e meios de locomoção. As alterações evolutivas em sequências reguladoras de ação cis também estão ligadas a essas importantes alterações.
Os precursores evolutivos dos membros traseiros dos vertebrados quadrúpedes são as barbatanas
pélvicas dos peixes. Diferenças acentuadas na anatomia das barbatanas pélvicas evoluíram em populações de peixes relacionadas de modo próximo. O peixe esgana-gato ocorre em dois tipos em muitos lagos da América do Norte – um tipo de águas abertas, com espinha pélvica bem-desenvolvida, e um tipo que habita o fundo de águas superficiais, com uma pelve e espinhas dramaticamente reduzidas. Em águas abertas, as espinhas longas ajudam na proteção dos peixes para que não sejam engolidos por predadores maiores. Mas no fundo dos lagos, tais espinhas são uma desvantagem, tendo em vista que podem ser agarradas por larvas de libélulas que se alimentam
dos peixes jovens (Figura 20.16 A e 20.16 B).
As diferenças na morfologia pélvica evoluíram repetidamente nos últimos 10.000 anos, desde a
recessão das geleiras da última era do gelo. Muitos lagos separados foram colonizados por esgana-gatos oceânicos com espinhas longas, e tipos com espinhas pélvicas reduzidas evoluíram independentemente muitas vezes. Tendo em vista que os peixes estão relacionados de modo tão próximo e são intercruzados em laboratório, geneticistas conseguem mapear os genes envolvidos na redução da pelve. O grupo de David Kingsley, na Stanford University, juntamente com o grupo de Dolph Schluter, na University of British Columbia, mapeou um fator importante envolvido nas diferenças pélvicas no gene Pitx1, que codifica um fator de transcrição. Assim como a maior parte dos outros genes toolkit do desenvolvimento, o gene Pitx1 apresenta diversas funções distintas no desenvolvimento dos peixes. Entretanto, no tipo do peixe esgana-gato com pelve reduzida, a sua expressão é perdida da área do embrião do peixe em desenvolvimento que dará origem ao broto da
barbatana pélvica e das espinhas (ver Figura 20.16).
O fato de que a diferença na morfologia pélvica entre os dois tipos foi mapeada no locus Pitx1 e
foi associada à perda da expressão gênica sugeriu que alterações nas sequências reguladoras de Pitx1 eram responsáveis pela diferença nos fenótipos. Assim como a maior parte dos genes toolkit pleiotrópicos, a expressão do gene Pitx1 em diferentes partes do peixe em desenvolvimento é controlada por elementos reguladores de ação cis em separado. Frank Chan et al. demonstraram que o elemento regulador que controla a expressão de Pitx1 na pelve em desenvolvimento foi inativado por grandes mutações de deleção em múltiplas populações independentes de peixes com a pelve
reduzida (Figura 20.16 C e D). Além disso, observou-se que a heterozigosidade era reduzida ao redor das sequências de ação cis que controlam a expressão pélvica em relação a outras sequências próximas. Essa observação é consistente com a deleção do alelo que está sendo favorecido por seleção natural que atua sobre o tipo com pelve reduzida que habita o fundo.
Portanto, esses achados ilustram ainda mais como mutações em sequências reguladoras
contornam os efeitos pleiotrópicos de mutações codificadoras nos genes toolkit e que as alterações adaptativas na morfologia podem ocorrer em virtude da perda, bem como do ganho, de expressão gênica durante o desenvolvimento.
CONCEITO-CHAVE As alterações adaptativas na morfologia podem resultar da inativação de sequências reguladoras e da perda
da expressão gênica, bem como da modi cação, das sequências reguladoras e do ganho de expressão gênica.
Contornar os efeitos colaterais possivelmente prejudiciais de mutações codificadoras é um fator
muito importante para explicar por que a evolução atua dando origem a novos papéis para os fatores de transcrição que podem regular dúzias a centenas de genes-alvo. Alterações nas sequências codificadoras de um fator de transcrição – por exemplo, no domínio de ligação ao DNA – podem afetar todos os genes-alvo, com consequências catastróficas para o animal. A restrição nas sequências codificadoras de proteínas altamente pleiotrópicas, com muitas funções, explica a extraordinária conservação dos domínios de ligação ao DNA das proteínas Hox e muitos outros fatores de transcrição ao longo de vastos períodos de tempo evolutivo. Embora as funções bioquímicas das proteínas sejam restringidas, a sua regulação diverge. A evolução dos padrões de expressão dos genes Hox e outros toolkit desempenha um papel importante na evolução da forma corporal.