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

As galinhas domésticas aparecem em preto sólido, branco neve, malhadas, barradas e em dezenas de combinações intermédias.

Em contraste, o galo-banquivo-vermelho do Sudeste Asiático mantém praticamente um único aspeto básico. E, ainda assim, toda a diversidade de cores nas penas das suas descendentes de capoeira surgiu depressa - no curto intervalo desde que os humanos começaram a criar estas aves.

Durante muito tempo, a explicação para esta explosão de variação permaneceu incerta. Uma equipa da Faculdade de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas da Texas A&M (VMBS) conseguiu agora associá-la ao comportamento invulgar de um único gene.

As galinhas tornaram-se um excelente “laboratório” para questões deste tipo. Depois de milhares de anos de selecção, o seu genoma guarda um registo particularmente detalhado das mudanças evolutivas.

Um interruptor nas células de pigmento (MC1R)

A cor das penas depende, em grande parte, de um recetor chamado MC1R. Este recetor está presente nas células produtoras de pigmento e funciona como um verdadeiro interruptor.

Quando a actividade do recetor aumenta, a célula produz pigmentos castanhos e pretos. Quando diminui, a mesma célula passa a fabricar pigmentos vermelhos e amarelos.

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

Este mesmo gene ajuda a regular a cor do pelo em porcos, cães e ratos. Também contribui para a tonalidade do cabelo e da pele em humanos.

Milhares de genomas de galinhas

Para perceber o que estava a acontecer, os investigadores extraíram a sequência de MC1R de 10,026 aves. O conjunto incluía galos-banquivos-vermelhos selvagens e, ao lado, 9,710 galinhas domésticas provenientes de 393 raças e linhas.

Uma amostragem desta dimensão revela padrões que um grupo pequeno dificilmente mostraria. A maioria dos animais selvagens continuava a apresentar as versões ancestrais mais simples, enquanto as aves domésticas exibiam uma diversidade muito superior.

“Isto deu-nos uma visão completa da diversidade genética no locus MC1R em galinhas”, disse Andersson.

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

Combinações de cores das penas

A ideia mais antiga era relativamente directa: uma mutação correspondia a uma característica de cor específica. Uma ave preta teria uma alteração, uma ave vermelha teria outra, e cada mudança actuaria de forma independente.

Os dados, porém, não se enquadraram nessa narrativa. A partir de apenas nove mutações comuns, os cientistas observaram o aparecimento de 18 versões distintas do gene.

“Normalmente, quando encontramos uma variante genética a causar uma característica específica com uma herança monogénica simples, encontramos geralmente uma única mutação que causa o 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 por detrás deste número inesperado de versões é um processo designado por conversão génica.

Pequenos segmentos de ADN podem ser copiados entre diferentes versões do gene, combinando mutações que originalmente surgiram separadas. Este “recorte e colagem” parece ser favorecido pelo teor invulgarmente elevado de G e C na exão.

Uma recombinação deste tipo não se limita a baralhar mutações já existentes. Ela permite que um conjunto reduzido de alterações gere muito mais arranjos do que a contagem bruta faria supor.

“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 do gene, a recombinação pode gerar combinações totalmente novas, criando quatro variações diferentes em vez de apenas duas.”

As cores das penas nas galinhas evoluíram rapidamente

“A mudança evolutiva é geralmente um processo lento, mas aqui mostramos que muitas mutações foram seleccionadas ao longo de um período relativamente curto”, afirmou Andersson.

“As diferentes variantes do gene são causadas pela acumulação de novas mutações e por um processo combinatório em que diferentes combinações de mutações dão origem a padrões de pigmentação distintos.”

A maior parte destas alterações parece ter-se fixado apenas depois da domesticação. Esse período remonta a cerca de 10,000 anos - um instante, quando visto à escala da evolução.

Mutações que ajustam a sinalização

Nem todas as mutações têm o mesmo efeito. Em laboratório, a equipa reconstruiu cada variante e avaliou de que forma ela alterava o comportamento do recetor.

Algumas alterações deixavam o interruptor preso na posição “ligado”, mantendo a sinalização activa sem qualquer estímulo. Essas variantes estavam associadas às aves mais escuras, incluindo os tipos preto estendido e bétula.

Outras mudanças atenuavam a intensidade do sinal ou modificavam a zona onde o recetor se liga à proteína parceira. Estas alterações mais suaves correspondiam a plumagens mais claras, como as aves castanhas, do tipo botão-de-ouro e do tipo trigo.

Uma variante frequente reunia três destas alterações em simultâneo. A cor final reflectia o efeito combinado das três, somadas no mesmo recetor.

O mecanismo de baralhamento

Alguns dos efeitos mais marcantes apareceram em aves sem cor visível. A plumagem totalmente branca existe em duas formas - branco dominante e branco recessivo - e cada uma é desencadeada por um gene diferente.

O MC1R não é o gene que origina nenhum desses padrões brancos. Ainda assim, influencia o equilíbrio subjacente.

As aves com branco dominante apresentavam versões de MC1R que impulsionavam uma produção elevada de pigmento preto. Já as aves com branco recessivo tendiam a possuir versões que restringiam essa produção.

Ou seja, o mesmo gene que está por detrás de cores fortes também ajuda a determinar quão “limpa” é a expressão do branco. Neste contexto, funciona como modificador, reforçando ou reduzindo o efeito de outro gene.

As implicações ultrapassam a avicultura. Para criadores, compreender esta genética pode ajudar a manter estáveis, ao longo de gerações, os padrões de cor exigidos por cada raça.

“Uma via importante para investigação futura é explorar quão comum é este mecanismo de baralhamento em todo o reino animal”, disse Andersson.

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