O quebra-cabeça genético das galinhas Silkie: uma tentativa de decodificar o locus Id vinculado a Z

As galinhas são criaturas fascinantes, especialmente quando você mergulha em sua genética. Dentre todas as raças únicas de frangos, destacam-se as Black Bone Chickens (BBCs). Eles não têm apenas penas pretas; sua pele, músculos e até ossos são pretos! Esta característica marcante se deve a um fenômeno genético denominado fibromelanose, que intriga os geneticistas há mais de um século (1). A principal alteração genética responsável por esta característica, a FM locus, foi bem estudado (2). Mas como a natureza ama o equilíbrio, outro fator genético – o Eu ia locus – atua inibindo a pigmentação. O Eu ia locus, que inibe a pigmentação dérmica, permanece um enigma. Pretendemos descobrir sua localização genômica, origens ancestrais e implicações funcionais.

O Eu ia locus: inibidor da melanina dérmica

Nosso estudo centrou-se na Eu ia locus, escondido dentro do cromossomo Z, uma estrutura genética especial ligada ao sexo. Para localizar e compreender o seu papel, tivemos que desvendar alguns nós genéticos complicados. Desvendar sua estrutura é como resolver um quebra-cabeça, onde a grande semelhança das peças dificulta seu posicionamento. Graças à disponibilidade de conjuntos de dados genômicos em grande escala, especialmente os genomas baseados em sequenciamento de leitura longa recentemente gerados (3, 4), descobrimos um rearranjo cromossômico fascinante, como virar uma seção de DNA de cabeça para baixo. Esse rearranjo ajuda a explicar as características únicas das galinhas Black Bone e esclarece como essas características evoluem.

Trabalhando no Eu ia locus apresentou desafios formidáveis. Sua localização em uma região altamente repetitiva do cromossomo Z e a presença de inversão cromossômica complicaram a análise. Os métodos tradicionais de sequenciamento de leitura curta não são adequados para resolver essas complexidades. Para resolver isso, empregamos conjuntos de dados de sequenciamento de leitura longa e abordagens inovadoras para identificação de rearranjo estrutural. A anotação de unidades de repetição de amplicon Z (ZARU) e a validação dos conjuntos do genoma foram etapas cruciais. Cada avanço nesses obstáculos técnicos nos aproximou de nosso objetivo.

Principais descobertas

1. Localização precisa do Eu ia Native: O Eu ia O locus foi refinado para uma região de 1,6 Mb (R1) na extremidade distal do cromossomo Z. Esta região co-localiza com ZARU, revelando uma inversão específica da BBC que suprime a recombinação.
2. Identificação de genes candidatos: Dentro de R1, identificamos dois fortes candidatos: o MTAP e CCDC112 genes. O papel do MTAP na melanogênese o torna um excelente candidato para influenciar a pigmentação, enquanto as mutações regulatórias no CCDC112 pode contribuir para variações de pigmentação dérmica.
3. Ancestralidade compartilhada entre raças da BBC: Análises filogenéticas e estudos de estrutura populacional revelaram uma origem ancestral compartilhada para o Eu ia locus entre todas as raças BBC, alinhando-se com os padrões observados no FM native (5,6).

O que vem a seguir?

O Eu ia locus apresenta uma riqueza de questões para pesquisas futuras. Como as mutações específicas na inversão influenciam a inibição da pigmentação? Poderá o papel regulador do ZARU estar ligado a alterações epigenéticas? Responder a essas perguntas exigirá mais estudos funcionais e técnicas avançadas de edição de genoma.

Esta jornada não foi apenas sobre galinhas. É uma espiada em como a natureza molda os seres vivos através de reviravoltas em seu DNA (Saltation?). A jornada para descobrir o Eu ia locus nos lembra das complexidades dos projetos da natureza e do poder da perseverança na ciência. Cada camada de complexidade que desvendamos nos aproxima da compreensão do fascinante mundo da genômica.

Convidamos você a explorar as descobertas detalhadas deste estudo em nosso artigo publicado no Journal of Molecular Evolution. Para aqueles com interesse em pesquisas colaborativas ou outras dúvidas, adoraríamos ouvir sua opinião. Juntos, vamos ultrapassar os limites do que é possível na genética.

Referências

1. Bateson BW, Punnett RC (1911) A herança da pigmentação peculiar da ave sedosa. J Genet 13(1):185–203. https://doi.org/10.1007/BF02981551
2. Dorshorst B, Molin AM, Rubin CJ et al (2011) Um rearranjo genômico complexo envolvendo o locus Endotelina 3 causa hiperpigmentação dérmica no frango. PLoS Genet. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002412
3. Zhu F, Yin ZT, Zhao QS et al (2023) Uma montagem do genoma em nível de cromossomo para a galinha Silkie resolve sequências completas para os principais genes metabólicos, reprodutivos e de imunidade da galinha. Commun Biol 61(6):1–15. https://doi.org/10.1038/s42003-023-05619-y
4. Huang Z et al. 2023 Análise evolutiva de um genoma completo de galinha. Processo. Acad. Nacional. Ciência. EUA 120, e2216641120. (doi:10.1073/PNAS.2216641120)
5. Shinde SS, Sharma A, Vijay N (2023) Decodificando o rearranjo cromossômico do complexo locus de fibromelanose de frango de osso preto: diferenciação genética, varreduras seletivas e alterações na codificação de proteínas em frango Kadaknath. Frente Genet 14:1180658. https://doi.org/10.3389/FGENE.2023.1180658/BIBTEX
6. Sharma A, Vijay N (2024) Qual é a estrutura genômica correta do complexo rearranjo cromossômico no locus Fm na galinha Silkie? bioRxiv 2024.02.05.578760. https://doi.org/10.1101/2024.02.05.578760