O gene MC1R explica a rápida evolução das cores das penas das galinhas

A galinha-selvagem-vermelha do Sudeste Asiático apresenta um único aspeto básico. Os seus descendentes de capoeira, porém, surgem em praticamente todas as outras aparências.

As galinhas domésticas podem ser inteiramente pretas, brancas como a neve, salpicadas, barradas e apresentar dezenas de combinações intermédias.

Toda esta diversidade de cores apareceu depressa, considerando o período relativamente curto decorrido desde que os humanos começaram a criar estas aves.

Durante anos, a explicação para esse fenómeno permaneceu incerta. Agora, uma equipa da Faculdade de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas (VMBS) da Texas A&M identificou a causa: um único gene que atua de uma forma invulgar.

As galinhas tornaram-se um modelo ideal para investigar questões desta natureza. Após milhares de anos de reprodução seletiva, os seus genes conservam um registo invulgarmente pormenorizado das mudanças evolutivas.

Um interruptor nas células de pigmento

A cor das penas depende de um recetor chamado MC1R. Localizado nas células de pigmento, este recetor funciona como um interruptor.

Quando a sua atividade aumenta, a célula produz pigmento preto e castanho. Quando diminui, essa mesma célula passa a produzir pigmento vermelho e amarelo.

“Este estudo descobriu uma evolução ultrarrápida de um gene chamado MC1R que desempenha um papel fundamental na pigmentação das galinhas e de outros vertebrados, incluindo os humanos”, afirmou o Dr. Leif Andersson, professor no Departamento de Biociências Veterinárias Integradas da VMBS.

O mesmo gene regula a cor da pelagem em porcos, cães e ratinhos. Também contribui para determinar a tonalidade do cabelo e da pele humana.

Milhares de genomas de galinhas

A equipa extraiu a sequência do MC1R de 10,026 aves. A amostra incluía galinhas-selvagens-vermelhas e 9,710 galinhas domésticas de 393 raças e linhagens.

Uma rede de dados desta dimensão revela padrões que uma amostra pequena não detetaria. A maioria das galinhas-selvagens ainda possuía as versões ancestrais simples, enquanto as aves domésticas exibiam uma variedade muito maior.

“Isso deu-nos uma imagem completa da diversidade genética no locus MC1R das galinhas”, disse Andersson.

“Continuamos a utilizar este conjunto de dados para análises adicionais de outros genes.”

Combinações de cores das penas

A perspetiva anterior associava uma mutação a uma característica de cor. Uma ave preta teria uma alteração específica e uma ave vermelha outra diferente, atuando cada uma de forma independente.

Os dados das galinhas não se ajustavam a essa explicação. Apenas nove mutações comuns deram origem a 18 versões distintas do gene.

“Normalmente, quando encontramos uma variante genética que causa uma característica específica com herança monogénica simples, encontramos habitualmente uma única mutação responsável pelo fenótipo”, afirmou Andersson.

“Aqui, mostramos que múltiplas mutações com efeitos diferentes na função da proteína estão a causar variação nos fenótipos de pigmentação.”

Como a matemática se multiplica

A chave para estas versões adicionais é um processo chamado conversão génica.

Pequenos segmentos de ADN são copiados entre versões do gene, reunindo mutações que surgiram inicialmente em separado. A percentagem invulgarmente elevada de G e C no exão parece favorecer esta troca.

Uma recombinação deste tipo faz mais do que deslocar mutações. Permite que algumas alterações se desdobrem em muito mais configurações do que o seu número inicial faria prever.

“Pode dizer-se que o resultado destas recombinações é que um mais um é igual a quatro, em vez de apenas dois”, disse Andersson.

“Se duas mutações diferentes ocorrerem em posições separadas no gene, a recombinação pode gerar combinações inteiramente novas, criando quatro variações diferentes em vez de apenas duas.”

As cores das penas das galinhas evoluíram rapidamente

“A alteração evolutiva é habitualmente um processo lento, mas aqui mostramos que muitas mutações foram selecionadas num período relativamente curto”, afirmou Andersson.

“As diferentes variantes genéticas são causadas pela acumulação de novas mutações e por um processo combinatório em que diferentes combinações de mutações produzem padrões de pigmentação distintos.”

A maioria destas alterações parece ter-se estabelecido apenas depois de os humanos domesticarem as aves. Esse período remonta a aproximadamente 10,000 anos, um instante em termos evolutivos.

Mutações que regulam a sinalização

Nem todas as mutações desempenham a mesma função. Em laboratório, a equipa reconstruiu cada variante e observou de que modo alterava o comportamento do recetor.

Algumas alterações deixavam o interruptor bloqueado na posição ativa, fazendo com que o recetor continuasse a emitir sinais sem qualquer estímulo. Estavam associadas às aves mais escuras, dos tipos preto estendido e bétula.

Outras atenuavam o sinal ou modificavam o local onde o recetor se ligava à sua proteína parceira. Estas alterações mais suaves correspondiam a plumagens mais claras, presentes nas aves castanhas, botão-de-ouro e trigo.

Uma versão frequente reunia três destas alterações em simultâneo. A sua cor final resultava do efeito acumulado das três.

O mecanismo de reorganização

Alguns dos efeitos mais marcantes surgiram em aves sem qualquer cor. A plumagem branca pura existe em duas formas, branco dominante e branco recessivo, desencadeadas por genes diferentes.

O MC1R não produz nenhum destes dois padrões brancos. Ainda assim, altera o equilíbrio subjacente a ambos.

As aves com branco dominante possuíam versões do MC1R que produzem grandes quantidades de pigmento preto. As aves com branco recessivo tendiam a apresentar versões que restringem esse pigmento.

Por outras palavras, o gene que produz cores intensas também influencia o grau de pureza do branco de uma ave. Neste caso, atua como um modificador, aumentando ou reduzindo o efeito de outro gene.

As conclusões vão muito além da avicultura. Para os criadores, esta genética oferece uma forma de manter consistentes os padrões de cor das raças ao longo das gerações.

“Uma via importante para investigação futura é explorar até que ponto este mecanismo de reorganização é comum em todo o reino animal”, afirmou Andersson.

“Será mais comum em algumas partes do genoma e em algumas espécies?”