Os camundongos em Nova York e Alberta ficaram mais pesados ​​independentemente, construíram ninhos maiores para enfrentar o frio

No entanto, nesse período de tempo relativamente curto (400 a 600 gerações de ratos), as populações nas costas leste e oeste mudaram seu tamanho corporal e comportamento de construção de ninhos de maneiras quase idênticas para se adaptar a condições ambientais semelhantes. estudo por biólogos. na Universidade da Califórnia, Berkeley.

Para fazer essas adaptações, pelo menos no caso do tamanho do corpo, os camundongos no oeste dos Estados Unidos desenvolveram muitas das mesmas mudanças genéticas de seus primos orientais, mostrando que a evolução geralmente funciona nos mesmos genes. Em diferentes populações quando essas populações enfrentam semelhantes condições ambientais.

O estudo representa uma das primeiras vezes que os cientistas rastrearam as mudanças genéticas subjacentes a uma complexa característica adaptativa em mamíferos, embora estudos semelhantes tenham sido conduzidos com insetos de laboratório, como moscas-das-frutas e peixes.

“A grande mensagem deste artigo é que há alguma previsibilidade na evolução, tanto no nível do organismo quanto no nível genético”, disse o líder do estudo Michael Nachman, professor de biologia integrativa da UC Berkeley e diretor do Museu. of Vertebrate Zoology. “Nós mostramos que os mesmos genes foram recrutados independentemente em duas áreas diferentes, tudo durante um tempo evolutivo muito curto. Este é um bom exemplo de mudança evolutiva rápida em tempos curtos para um traço adaptativo complexo.”

As descobertas também têm implicações para outros mamíferos, além de pragas de roedores.

“Os ratos que estamos estudando também são um modelo razoável para pensar sobre a evolução humana, uma vez que os humanos estão nas Américas há tantas gerações quanto os ratos domésticos”, disse Nachman. “Nós encontramos genes envolvidos no tamanho do corpo de camundongos que estavam anteriormente envolvidos no metabolismo e em coisas como obesidade em humanos, então também existem paralelos entre humanos e camundongos.”

Nachman e seus colegas conseguiram mostrar que essas características têm uma causa genética – são o resultado da natureza, não da reprodução, criando ratos de diferentes ambientes em laboratório nas mesmas condições ambientais. Os ratos domésticos de Nova York e Alberta, Canadá, sempre produziram ninhos maiores do que os da Flórida e do Arizona, mesmo quando nidificavam na mesma temperatura, enquanto os ratos do norte eram sempre maiores do que os do sul, apesar de terem sido criados em condições semelhantes .

“Nós e muitas outras pessoas estudamos as populações naturais por um longo tempo e as diferenças entre as populações naturais podem ser documentadas”, disse ele. “Mas, neste caso, demos um passo além e trouxemos aqueles animais para o laboratório e os criamos ao longo de várias gerações para que pudéssemos nos perguntar se as diferenças que vemos na natureza são devidas ao meio ambiente ou à genética. de animais na natureza e animais em laboratório, podemos desvendar o componente genético das características que estamos estudando. “

O estudo apareceu hoje na revista PLOS Genetics.

Camundongos canadenses vs. camundongos Arizona

Nachman e sua equipe têm estudado ratos domésticos na América do Norte e do Sul por vários anos para determinar como eles se adaptaram a diferentes ambientes, fisiológica e geneticamente, desde que foram arrumados a bordo de navios da Europa. Seu objetivo tem sido vincular mudanças na fisiologia instintiva e comportamento com mudanças em genes específicos, para entender como vários genes interagem para criar mudanças em adaptações complicadas.

Até o momento, a maioria dos estudos que relacionam mudança genética (genótipo) com mudança fisiológica (fenótipo) envolveu características relativamente simples, como mudanças na cor da pelagem com o ambiente ou desenvolvimento de resistência a inseticidas.

Ratos domésticos, Mus musculus domesticus, o ancestral de todos os ratos de laboratório usados ​​hoje, parecia um bom sujeito, uma vez que existem em uma ampla variedade de habitats em todo o continente americano, incluindo nos Andes em elevações acima de 4.000 metros (13.000 pés) . Ao longo dos anos, Nachman e seus colegas coletaram centenas de camundongos individuais da Terra do Fogo, na ponta da América do Sul, ao sul do Canadá e ao norte do estado de Nova York, e de diferentes elevações no Equador e na Bolívia, e sequenciaram todos os genes em seus genomas. .

Nachman disse que não pôde deixar de notar que, na natureza, os ratos do norte, de Edmonton, Alberta e Saratoga Springs, Nova York, tendiam a ser maiores do que os ratos do sul de Tucson, Arizona, e Gainesville, Flórida. Nem sempre ficou claro, visto que os ratos diferiam em idade, dieta e saúde. O tamanho do corpo maior é uma adaptação bem conhecida ao clima mais frio, conhecida como regra de Bergmann em homenagem ao biólogo alemão do século 19, Carl Bergmann.

“Os ratos a 45 graus de latitude norte são cerca de 50% maiores do que os ratos do equador”, disse Nachman. “Um rato do equador pesa cerca de 12 gramas; um rato do interior do estado de Nova York pesa cerca de 18 gramas. Essa é uma grande diferença. Se estivéssemos falando de humanos, seria uma pessoa de 100 libras contra 150 libras, em média.”

Os ratos do norte também constroem ninhos maiores – cerca do dobro do tamanho dos ratos do sul.

Para determinar as relações genéticas entre essas populações de camundongos, sua equipe coletou 10 camundongos de 5 locais diferentes no oeste, aproximadamente igualmente espaçados de Tucson a Edmonton, sequenciou seus genes e os comparou com os genes de camundongos que sua equipe havia coletado anteriormente no leste . Costa de Gainesville a Saratoga Springs. Ele descobriu que embora os ratos do nordeste e do noroeste tivessem desenvolvido corpos maiores e construído ninhos maiores, eles não eram parentes próximos. Os camundongos New York foram mais intimamente relacionados a outros camundongos orientais do que os camundongos Alberta, enquanto os camundongos Alberta foram mais próximos a outros camundongos ocidentais do que os camundongos New York.

Se os camundongos do leste e do oeste são duas populações diferentes que se adaptaram independentemente ao clima frio usando a mesma estratégia (tamanho maior e ninhos maiores), seus genes também mudaram?

Para descobrir, ele e seus colegas estabeleceram colônias de laboratório com 41 ratos individuais das áreas extremas amostradas: Edmonton (EDM) no norte e Tucson (TUC) no sul. Criados em idênticas condições internas, os ratos do norte por cinco gerações mantiveram seu maior tamanho corporal e maior comportamento de construção de ninhos, demonstrando que as mudanças comportamentais e fisiológicas foram codificadas em sua genética. Três anos atrás, Nachman conduziu experimentos semelhantes com ratos de Saratoga Springs (SAR) e Gainesville (GAI), e encontrou resultados semelhantes nessas populações orientais.

“Ao trazê-los para o ambiente de laboratório comum e mantê-los lá em uma temperatura ambiente confortável por algumas gerações, podemos concluir que qualquer diferença que vemos tem uma base genética”, disse ele.

Eles então conduziram um estudo de associação do genoma para identificar qual variante ou alelo de cada gene no genoma tinha mudado em frequência junto com a mudança na massa corporal. Eles ainda estão rastreando as causas genéticas da construção de ninhos.

Encontrando a base genética da regra de Bergmann

Os pesquisadores identificaram oito mutações em cinco genes associados ao aumento do tamanho corporal em camundongos Edmonton.

“Descobrimos que, de todos os genes que identificamos para o tamanho do corpo, quatro dos cinco genes apresentam fortes assinaturas de seleção natural no Oriente e no Ocidente”, disse ele. “Isso sugere que encontramos alguns genes que estão contribuindo para esse padrão, conhecido como regra de Bergmann, que é na verdade um dos padrões geográficos mais difundidos na evolução de animais de sangue quente. Estamos começando a chegar à sua base genética neste estúdio.”

Combinando esses dados com os resultados do estudo anterior de Nachman com ratos domésticos em Nova York e Flórida, os pesquisadores descobriram um total de 16 genes que mostraram evolução paralela ao longo do gradiente norte-sul em ambas as costas, muitos dos quais estão envolvidos na regulação da temperatura corporal. . Por exemplo, o gene Trpm2, que faz com que os ratos evitem temperaturas muito altas, mostrou mudanças genéticas nas populações do sul.

Enquanto os ratos no leste e oeste exibiram evidências de evolução independente em muitos dos mesmos genes, cada região também abrigou adaptações genéticas não vistas na outra região. No Ocidente, por exemplo, a cor do pelo variava com a cor do solo: os ratos do norte tinham uma tonalidade mais escura, consistente com a tentativa de se misturar a um solo mais úmido e escuro. Os ratos orientais não mostraram tal variação.

Nachman continua a estudar a variação do camundongo doméstico e espera eventualmente usar a edição do genoma CRISPR para alterar genes em suas populações de camundongos para confirmar seu envolvimento em características como o tamanho do corpo.

“Gostaríamos de editar alguns desses genes e ver se podemos pegar um camundongo do Canadá e transformá-lo em um camundongo que se parece com um camundongo de Tucson, ou vice-versa”, disse ele.

O trabalho foi financiado pelo National Institutes of Health (RO1 GM074245, R01 GM127468). O Laboratório NIH e Jackson também apóia o desenvolvimento de Nachman de novas cepas de camundongos domésticos: SAR, GAI, EDM, TUC e uma quinta cepa, MAN, de Manaus, Brasil, que os pesquisadores podem usar no lugar do camundongo de laboratório consanguíneo. a cepa mais popular é chamada C57BL / 6, se você quiser mais variação genética em seus estudos com camundongos.