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Os padrões de asas de borboletas têm um plano básico para eles, que é manipulado por DNA regulador não codificador para criar a diversidade de asas observadas em diferentes espécies, de acordo com uma nova pesquisa.
O estudo, “Deep cis-regulatory homology of the butterfly wing pattern ground plan”, publicado como matéria de capa na edição de 21 de outubro da Ciênciaexplica como o DNA que fica entre os genes – chamado DNA ‘lixo’ ou DNA regulador não codificante – acomoda um plano básico conservado ao longo de dezenas a centenas de milhões de anos e, ao mesmo tempo, permite que os padrões das asas evoluam com extrema rapidez.
A pesquisa apóia a ideia de que um plano básico de padrão de cores antigo já está codificado no genoma e que o DNA regulador não codificante funciona como interruptores para ativar alguns padrões e desativar outros.
“Estamos interessados em saber como o mesmo gene pode construir essas borboletas de aparência muito diferente”, disse Anyi Mazo-Vargas, Ph.D. ’20, o primeiro autor do estudo e ex-aluno de pós-graduação no laboratório do autor sênior, Robert Reed, professor de ecologia e biologia evolutiva na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida. Mazo-Vargas é atualmente pesquisador de pós-doutorado na George Washington University.
“Vemos que há um grupo muito conservado de interruptores [non-coding DNA] que estão trabalhando em diferentes posições e são ativados e conduzindo o gene”, disse Mazo-Vargas.
Trabalhos anteriores no laboratório de Reed descobriram os principais genes de padrões de cores: um (WntA) que controla listras e outro (Optix) que controla a cor e a iridescência nas asas das borboletas. Quando os pesquisadores desativaram o gene Optix, as asas apareceram pretas e, quando o gene WntA foi excluído, os padrões de listras desapareceram.
Este estudo concentrou-se no efeito do DNA não codificante no gene WntA. Especificamente, os pesquisadores realizaram experimentos em 46 desses elementos não codificantes em cinco espécies de borboletas ninfalidas, que é a maior família de borboletas.
Para que esses elementos reguladores não codificantes controlem os genes, bobinas de DNA bem enroladas se desenrolam, um sinal de que um elemento regulador está interagindo com um gene para ativá-lo ou, em alguns casos, desligá-lo.
No estudo, os pesquisadores usaram uma tecnologia chamada ATAC-seq para identificar regiões no genoma onde esse desvendamento está ocorrendo. Mazo-Vargas comparou perfis ATAC-seq das asas de cinco espécies de borboletas, a fim de identificar regiões genéticas envolvidas no desenvolvimento do padrão das asas. Eles ficaram surpresos ao descobrir que um grande número de regiões regulatórias eram compartilhados por espécies de borboletas muito diferentes.
Mazo-Vargas e colegas então empregaram a tecnologia de edição de genes CRISPR-Cas para desativar 46 elementos reguladores, um de cada vez, a fim de ver os efeitos nos padrões das asas quando cada uma dessas sequências de DNA não codificantes foi quebrada. Quando deletado, cada elemento não codificado alterava um aspecto dos padrões das asas das borboletas.
Os pesquisadores descobriram que em quatro das espécies – Junonia coenia (buckeye), Vanessa cardui (dama pintada), Heliconius himera e Agraulis vanillae (fritillary do golfo) – cada um desses elementos não codificantes tinha funções semelhantes em relação ao WntA. gene, provando que eles eram antigos e conservados, provavelmente originários de um ancestral comum distante.
Eles também descobriram que D. plexippus (monarca) usou diferentes elementos regulatórios das outras quatro espécies para controlar seu gene WntA, talvez porque tenha perdido algumas de suas informações genéticas ao longo de sua história e teve que reinventar seu próprio sistema regulatório para desenvolver sua cor única padrões.
“Nós progressivamente entendemos que a maior parte da evolução ocorre por causa de mutações nessas regiões não codificantes”, disse Reed. “O que espero é que este artigo seja um estudo de caso que mostre como as pessoas podem usar essa combinação de ATAC-seq e CRISPR para começar a interrogar essas regiões interessantes em seus próprios sistemas de estudo, sejam eles trabalhando em pássaros, moscas ou vermes. “
O estudo foi financiado pela National Science Foundation (NSF).
“Esta pesquisa é um avanço para nossa compreensão do controle genético de características complexas, e não apenas em borboletas”, disse Theodore Morgan, diretor do programa da NSF. “O estudo não apenas mostrou como as instruções para os padrões de cores das borboletas são profundamente conservadas ao longo da história evolutiva, mas também revelou novas evidências de como os segmentos reguladores de DNA influenciam positiva e negativamente características como cor e forma”.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Cornell. Original escrito por Krishna Ramanujan, cortesia do Cornell Chronicle. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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