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De onde vêm os novos genes? Essa é a pergunta que uma equipe de pesquisadores de ciências biológicas da U of A se propôs a responder em um novo estudo.
Eles fizeram isso examinando a evolução das proteínas anticongelantes em peixes — uma adaptação essencial que permite que os peixes sobrevivam em águas congeladas ao impedir a formação de gelo por meio da ligação de suas proteínas anticongelantes aos cristais de gelo.
A equipe investigou essas proteínas em três linhagens de peixes não relacionadas e descobriu resultados surpreendentes. Embora as proteínas em cada linhagem sejam funcional e estruturalmente semelhantes, elas evoluíram independentemente de diferentes fontes genéticas. Esse fenômeno, conhecido como evolução convergente, representa um caso raro de convergência de sequência de proteínas. Ele demonstra como as mesmas características adaptativas — e até mesmo sequências de proteínas quase idênticas — podem ser produzidas por meio de trajetórias evolutivas totalmente diferentes.
O estudo fornece exemplos concretos de diferentes mecanismos evolutivos que podem levar ao nascimento de novos genes. As descobertas sugerem que novos genes podem se formar ao reaproveitar fragmentos de genes ancestrais enquanto incorporam regiões codificadoras inteiramente novas (as partes codificadoras de proteínas do DNA). Este conceito inovador preenche a lacuna entre a formação de genes inteiramente novos a partir de regiões não codificadoras e o modelo mais tradicional no qual novas funções podem surgir de genes duplicados.
O estudo, “Diversas origens de proteínas anticongelantes quase idênticas em linhagens de peixes não relacionadas fornecem insights sobre mecanismos evolutivos de nascimento de novos genes e convergência de sequências de proteínas”, foi publicado em Biologia Molecular e Evolução. Os coautores incluíram Nathan Rives, Vinita Lamba, CH Christina Cheng e Xuan Zhuang. Os coautores, Rives e Lamba, são alunos de doutorado no Zhuang Lab na U of A, que é liderado pelo professor assistente de ciências biológicas Xuan Zhuang, que supervisionou o estudo. Cheng é professor na School of Integrative Biology na University of Illinois Urbana Champaign.
O trabalho do grupo também introduz um novo modelo que avança a compreensão dos mecanismos por trás da evolução de novos genes: Duplicação-Degeneração-Divergência. Este modelo explica como novas funções genéticas podem surgir de pseudogenes degenerados — genes anteriormente funcionais que perderam seu papel original. Este modelo também destaca como genes que parecem não ser funcionais ou “lixo” podem evoluir para algo inteiramente novo, um conceito que tem implicações significativas para a compreensão da adaptação sob estresse ambiental extremo.
No contexto da evolução molecular, este trabalho representa um avanço significativo na compreensão de como novos genes nascem e evoluem, oferecendo novas perspectivas sobre inovação funcional — ou reciclagem e adaptação de genes.
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