Cientistas desvendam o gene que permite que dragões barbudos troquem de sexo

Utilizando tecnologias de sequenciamento de última geração da China e da Austrália, os projetos revelaram a tão procurada base genética para a determinação do sexo neste lagarto.

Por GigaScience com informações de Science Daily.

19 de agosto marca a publicação de dois estudos diferentes apresentando os genomas de referência quase completos do dragão barbudo central ( Pogona vitticeps ), uma espécie amplamente distribuída de lagarto-dragão comum no centro-leste da Austrália e popular como animais de estimação na Europa, Ásia e América do Norte. Esta espécie tem uma característica incomum para uma espécie animal: se este lagarto cresce para ser um macho ou uma fêmea depende não apenas da genética, mas também da temperatura do seu ninho. Isso o tornou um modelo útil para estudar a base biológica da determinação sexual, e o advento de enormes melhorias tecnológicas na genômica finalmente encontrou uma região do genoma e um potencial gene mestre de determinação sexual provavelmente central para a diferenciação sexual masculina. A verificação independente disso por dois grupos diferentes usando duas abordagens diferentes torna esta uma descoberta muito mais forte.

Os dragões barbudos possuem um sistema de determinação sexual incomum, influenciado tanto pela genética quanto por fatores ambientais, especialmente a temperatura. Ao contrário da maioria dos animais, onde o sexo é determinado exclusivamente pelos cromossomos, os dragões barbudos podem ter seu sexo invertido de macho para fêmea devido às altas temperaturas de incubação. Isso significa que um lagarto com cromossomos masculinos pode se desenvolver em uma fêmea reprodutivamente funcional se o ovo for incubado a uma temperatura suficientemente quente.

Assim como aves e muitos répteis, esta espécie possui um sistema de cromossomos sexuais ZZ/ZW, no qual as fêmeas possuem um par de cromossomos ZW diferentes e os machos dois cromossomos ZZ semelhantes. A determinação do sexo nesta espécie é ainda mais complicada, pois machos genotípicos ZZ podem se transformar em fêmeas fenotípicas em altas temperaturas de incubação sem a ajuda do cromossomo W ou de genes ligados a W. A nova tecnologia de sequenciamento de nanoporos ultralongos agora nos permite gerar conjuntos telômero-a-telômero (T2T) dos cromossomos sexuais e identificar as regiões não recombinantes para ajudar a restringir o campo de genes candidatos à determinação sexual em espécies com determinação sexual cromossômica. A capacidade desta tecnologia de separar melhor as metades materna e paterna do genoma agora permite comparações muito mais fáceis das sequências Z e W para avaliar a potencial perda ou diferença na função de candidatos a genes sexuais importantes.

O primeiro artigo de pesquisadores do BGI, da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Zhejiang usa leituras curtas do DNBSEQ combinadas com leituras longas do novo sequenciador nanopore CycloneSEQ, sendo este o primeiro genoma animal publicado usando essa tecnologia. A geração do segundo genoma foi liderada por pesquisadores da Universidade de Canberra com financiamento da Bioplatforms Australia, do Conselho Australiano de Pesquisa e da PacBio Singapore, e com contribuições para análises de pesquisadores da Universidade Nacional Australiana, do Instituto Garvan de Pesquisa Médica, da Universidade de Nova Gales do Sul e do CSIRO, juntamente com a Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) na Espanha. Esta montagem usa PacBio HiFi, leituras ultralongas ONT e sequenciamento Hi-C. Ter genomas de referência publicados usando essas duas tecnologias diferentes permite uma comparação semelhante entre as tecnologias ONT e CycloneSEQ pela primeira vez. Ambas as tecnologias também se complementam ao investigar a questão da determinação do sexo usando diferentes abordagens. O primeiro genoma sequenciou um dragão-barbudo central macho ZZ para caracterizar todo o cromossomo sexual Z pela primeira vez, enquanto o segundo montou o genoma de uma fêmea ZW. O novo sequenciador nanopore também permitiu a recuperação de cerca de 124 milhões de pares de bases de sequências ausentes e não descritas anteriormente (quase 7% do genoma), que incluíam numerosos genes e elementos regulatórios para melhor elucidar o complexo sistema de determinação sexual.

Ambos os projetos montaram conjuntos de genomas de 1,75 Gbp de qualidade excepcionalmente alta para montar todos os telômeros, exceto um, e apenas algumas lacunas permaneceram, localizadas principalmente nos microcromossomos. O uso desses dados mostrou que os cromossomos sexuais específicos de Z e W foram montados em arcabouços únicos, e uma “região pseudoautossômica” (PAR) onde os cromossomos sexuais se pareiam e se recombinam também foi detectada no cromossomo 16. O sequenciamento do dragão macho pela equipe do BGI procurou genes específicos para Z, mas não para os cromossomos W, e Amh e Amhr2 (o gene do hormônio antimülleriano e seu receptor), além de Bmpr1a, foram determinados como fortes candidatos para os genes determinantes do sexo nesta espécie. O sequenciamento da dragão fêmea pela equipe liderada pela Austrália identificou a mesma Região de Determinação Sexual (SDR) candidata do genoma do dragão e também destacou Amh e Amhr2 como os prováveis ​​genes candidatos. O estudo da expressão em diferentes estágios de desenvolvimento revelou que o Amh apresentava padrões de expressão significativamente tendenciosos para o sexo masculino, tornando-o o candidato mais provável como o gene mestre determinante do sexo. A expressão diferencial de outro gene relacionado ao sexo, Nr5a1 , no PAR, sugere que a história pode ser mais complicada, visto que o Nr5a1 codifica um fator de transcrição com sítios de ligação na região promotora do Amh . Ao contrário de muitos peixes que utilizam genes semelhantes ao Amh na determinação do sexo, as cópias autossômicas do Amh e seu gene receptor Amhr2 permanecem intactas e funcionais. Pode ser que o sexo seja determinado por alguma forma de convenção entre genes nos cromossomos sexuais do dragão-barbudo, moderada por suas cópias autossômicas residuais.

O principal destaque dessas montagens é, portanto, a descoberta de elementos genéticos centrais para a diferenciação sexual masculina em vertebrados, nos cromossomos sexuais. Os genes Amh e aquele que codifica seu receptor AMHR2 foram copiados para o cromossomo Z na região não recombinante e, portanto, são candidatos óbvios para o gene mestre determinante do sexo que funciona por meio de um mecanismo baseado em dosagem nesta espécie, uma descoberta que tem escapado à descoberta por tantos anos. Nenhum gene mestre determinante do sexo semelhante ao Sry em mamíferos ou ao Dmrt1 em aves foi descoberto até o momento em qualquer espécie de réptil. Este novo trabalho fornece um candidato claro em Amh, que está presente em dose dupla no macho ZZ e dose única na fêmea ZW.

Arthur Georges, da Universidade de Canberra e autor sênior do segundo artigo, diz sobre a utilidade deste trabalho: “Prevemos pesquisas aceleradas em outras áreas decorrentes desses novos conjuntos disponíveis, como desenvolvimento craniano, desenvolvimento cerebral, estudos comportamentais, interações gene-gene e gene-ambiente em estudos comparativos de determinação sexual de vertebrados e em muitas outras áreas que buscam um modelo de escama bem fundamentado para comparação com suas espécies modelo, sejam camundongos, humanos ou pássaros.”

“Sempre me surpreendo com a rapidez do progresso da ciência chinesa. Em relativamente poucos anos, a BGI e suas empresas parceiras desenvolveram tecnologias de sequenciamento que oferecem resultados tão bons quanto os das tecnologias concorrentes no mercado, com produtividade e custo-benefício superiores. Essas montagens genômicas são um testemunho desse nível de conquista.”

Qiye Li, da BGI e autora sênior do primeiro artigo. A autora principal do projeto chinês explica a justificativa para o uso dessa abordagem: “Decidimos começar a trabalhar no genoma do dragão-barbudo no ano passado como o primeiro genoma animal para este novo sequenciador, pois era o Ano do Dragão na China. Beneficiando-nos das leituras longas e imparciais fornecidas pelo sequenciador CycloneSEQ, obtivemos prontamente uma montagem genômica altamente contígua e resolvemos regiões altamente repetitivas e com alto índice de GC, que tradicionalmente eram desafiadoras para a montagem. Os dois genomas de referência, derivados de sexos opostos e gerados por tecnologias diferentes, são de fato complementares. Estou entusiasmado que ambos os genomas identifiquem o papel fundamental da sinalização AMH na determinação sexual nesta espécie. Mas como surgiram os cromossomos sexuais? Prevemos que genomas adicionais de alta qualidade de espécies relacionadas elucidarão ainda mais a origem evolutiva do sistema ZW e completarão a história.”

Ter dois projetos separados encontrando os mesmos genes-chave candidatos a genes mestres, independentemente um do outro, aumenta consideravelmente a confiança nessas descobertas. E o compartilhamento aberto de todos os dados permite que outros desenvolvam esse trabalho, especialmente porque o papel exato de alguns dos outros fatores de transcrição contribuintes ligados à determinação sexual ainda não está totalmente esclarecido. A geração dessas duas novas montagens genômicas de alta qualidade, no entanto, representa um grande passo em direção à compreensão da história completa da determinação sexual nesta espécie.

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Fonte da história:
Materiais fornecidos pela GigaScience . Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e à extensão.

Referências de periódicos :
Hardip R Patel, Kirat Alreja, Andre LM Reis, J King Chang, Zahra A Chew, Hyungtaek Jung, Jillian M Hammond, Ira W Deveson, Aurora Ruiz-Herrera, Laia Marin-Gual, Clare E Holleley, Xiuwen Zhang, Nicholas C Lister, Sarah Whiteley, Lei Xiong, Duminda SB Dissanayake, Paul D Waters, Arthur Georges. Uma montagem e anotação do genoma em fases quase telômero a telômero para o dragão barbudo central australiano Pogona vitticeps . GigaCiência , 2025; 14 DOI: 10.1093/gigascience/giaf085.
Qunfei Guo, Youliang Pan, Wei Dai, Fei Guo, Tao Zeng, Wanyi Chen, Yaping Mi, Yanshu Zhang, Shuaizhen Shi, Wei Jiang, Huimin Cai, Beiying Wu, Yang Zhou, Ying Wang, Chentao Yang, Xiao Shi, Xu Yan, Junyi Chen, Chongyang Cai, Jingnan Yang, Xun Xu, Ying Gu, Yuliang Dong, Qiye Li. Uma montagem quase completa do genoma do dragão barbudo Pogona vitticeps fornece informações sobre a origem dos cromossomos sexuais de Pogona . GigaCiência , 2025; 14 DOI: 10.1093/gigascience/giaf079.

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