Uma nova análise da sequaªncia de DNA dos cromossomos Y masculinos de todas as espanãcies vivas da familia dos grandes macacos ajuda a esclarecer nossa compreensão de como esse cromossomo enigma¡tico evoluiu. Uma imagem mais clara da evolução do cromossomo Y éimportante para estudar a fertilidade masculina em humanos, bem como nossa compreensão dos padraµes de reprodução e a capacidade de rastrear linhagens masculinas nos grandes macacos, o que pode ajudar nos esforços de conservação dessas espanãcies ameaa§adas de extinção.

Uma equipe de bia³logos e cientistas da computação da Penn State sequenciou e montou o cromossomo Y de orangotango e bonobo e comparou essas sequaªncias com as sequaªncias Y existentes de humanos, chimpanzanãs e gorilas. A partir da comparação, a equipe conseguiu esclarecer os padraµes de evolução que parecem se adequar a s diferenças comportamentais entre as espanãcies e reconstruir um modelo de como o cromossomo Y poderia ter se parecido no ancestral de todos os grandes macacos.

Um artigo descrevendo a pesquisa aparece em 5 de outubro de 2020 na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

"O cromossomo Y éimportante para a fertilidade masculina e contanãm os genes essenciais para a produção de esperma, mas muitas vezes énegligenciado nos estudos gena´micos porque émuito difa­cil de sequenciar e montar", disse Monika Cechova, uma estudante graduada da Penn State na anãpoca da pesquisa e co-primeiro autor do artigo. "O cromossomo Y contanãm muitas sequaªncias repetitivas, que são um desafio para o sequenciamento de DNA, montagem de sequaªncias e alinhamento de sequaªncias para comparação. Nãohápacotes de software prontos para usar para lidar com o cromossomo Y, então ta­nhamos para superar esses obsta¡culos e otimizar nossos protocolos experimentais e computacionais, o que nos permitiu abordar questões biológicas interessantes. "

O cromossomo Y éincomum. Ele contanãm relativamente poucos genes, muitos dos quais estãoenvolvidos na determinação do sexo masculino e produção de esperma ; grandes seções de DNA repetitivo, sequaªncias curtas repetidas continuamente; e grandes pala­ndromos de DNA, repetições invertidas que podem ter muitos milhares de letras e serem lidas da mesma forma para a frente e para trás.

Trabalhos anteriores da equipe comparando sequaªncias de humanos, chimpanzanãs e gorilas revelaram alguns padraµes inesperados. Os humanos são mais parentes dos chimpanzanãs, mas, para algumas caracterí­sticas, o Y humano era mais semelhante ao gorila Y.

"Se vocêapenas comparar a identidade da sequaªncia - comparando as As, Ts, Cs e Gs dos cromossomos - os humanos são mais semelhantes aos chimpanzanãs, como seria de se esperar", disse Kateryna Makova, professora de Biologia da Pentz na Penn State e uma das os lideres da equipe de pesquisa. “Mas se vocêolhar quais genes estãopresentes, os tipos de sequaªncias repetitivas e os pala­ndromos compartilhados, os humanos parecem mais com gorilas. Precisa¡vamos do cromossomo Y de mais espanãcies de macacos grandes para descobrir os detalhes do que estava acontecendo. "

A equipe, portanto, sequenciou o cromossomo Y de um bonobo, um parente pra³ximo do chimpanzanã, e de um orangotango, um grande macaco parente mais distante. Com essas novas sequaªncias, os pesquisadores puderam ver que o bonobo e o chimpanzécompartilhavam o padrãoincomum de taxas aceleradas de mudança na sequaªncia de DNA e perda de genes, sugerindo que esse padrãosurgiu antes da divisão evolutiva entre as duas espanãcies. O cromossomo Y do orangotango, por outro lado, que serve como um grupo externo para fundamentar as comparações, parecia o que vocêesperava com base em sua relação conhecida com os outros grandes macacos.

"Nossa hipa³tese éque a mudança acelerada que vemos em chimpanzanãs e bonobos pode estar relacionada a seus hábitos de acasalamento", disse Rahulsimham Vegesna, estudante de graduação na Penn State e co-autor do artigo. "Em chimpanzanãs e bonobos, uma faªmea acasala com vários machos durante um aºnico ciclo. Isso leva ao que chamamos de 'competição de esperma', o esperma de vários machos tentando fertilizar um aºnico a³vulo. Acreditamos que esta situação pode fornecer a pressão evolutiva para acelerar a mudança no cromossomo Y do chimpanzée do bonobo, em comparação com outros macacos com diferentes padraµes de acasalamento, mas essa hipa³tese, embora consistente com nossos achados, precisa ser avaliada em estudos subsequentes. "

Além de revelar alguns dos detalhes de como o cromossomo Y evoluiu em espanãcies individuais, a equipe usou o conjunto de sequaªncias de grandes macacos para reconstruir como o cromossomo Y poderia ter se parecido no ancestral dos grandes macacos modernos.

"Ter o cromossomo Y do grande macaco ancestral nos ajuda a entender como o cromossomo evoluiu", disse Vegesna. "Por exemplo, podemos ver que muitas das regiaµes repetitivas e pala­ndromos no Y já estavam presentes no cromossomo ancestral. Isso, por sua vez, argumenta a importa¢ncia dessas caracteri­sticas para o cromossomo Y em todos os grandes macacos e nos permite explorar como eles evolua­ram em cada uma das espanãcies separadas. "

O cromossomo Y também éincomum porque, ao contra¡rio da maioria dos cromossomos, ele não tem um parceiro compata­vel. Cada um de nosrecebe duas ca³pias dos cromossomos de 1 a 22 e, em seguida, alguns de nos(mulheres) recebem dois cromossomos X e alguns de nos(homens) recebem um X e um Y. Os cromossomos parceiros podem trocar seções em um processo chamado 'recombinação' o que éimportante para preservar os cromossomos evolutivamente. Como o Y não tem um parceiro, havia a hipa³tese de que as longas sequaªncias palindra´micas no Y poderiam ser capazes de se recombinar com elas mesmas e, portanto, ainda ser capazes de preservar seus genes, mas o mecanismo não era conhecido.

"Usamos os dados de uma técnica chamada Hi-C, que captura a organização tridimensional do cromossomo, para tentar ver como essa 'auto-recombinação' éfacilitada", disse Cechova. "O que descobrimos foi que as regiaµes do cromossomo que se recombinam entre si são mantidas próximas umas das outras espacialmente pela estrutura do cromossomo."

"Trabalhar no cromossomo Y apresenta muitos desafios", disse Paul Medvedev, professor associado de ciência da computação e engenharia e de bioquímica e biologia molecular da Penn State e outro lider da equipe de pesquisa. "Tivemos que desenvolver manãtodos especializados e análises computacionais para dar conta da natureza altamente repetitiva da sequaªncia do Y. Este projeto éverdadeiramente interdisciplinar e não poderia ter acontecido sem a combinação de cientistas computacionais e biola³gicos que temos em nossa equipe . "