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Por que a poliploidia não era letal em certos roedores octodontídeos?

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Conforme discutido em Por que a poliploidia é letal para alguns organismos e para outros não ?, a poliploidia é normalmente letal em mamíferos.

No entanto, duas espécies de Octodontidae (roedores da América do Sul) são tetraplóides devido a uma recente duplicação de todos os cromossomos:

  • Tympanoctomys barrerae: 4x = 102
  • Pipanacoctomys aureus: 4x = 92 (aparentemente alguns cromossomos foram perdidos após o evento de poliploidia)

Veja o artigo discutindo T. barrerae, o primeiro desses roedores tetraplóides descoberto.

De acordo com o artigo da Wikipedia, acredita-se que ambos sejam descendentes da mesma espécie, Octomys mimax (ou possivelmente agora extintos parentes próximos deste), que tem 2x = 2n = 56 cromossomos, metade daqueles de T. barrerae.

O que era especial sobre Octomys que permite sobreviver à poliploidia, ao contrário da maioria dos mamíferos?

Interessante:

A cabeça do espermatozoide de Tympanoctomys é de longe a maior que ocorre naturalmente em mamíferos, e seu tamanho está causalmente relacionado ao duplo tamanho do genoma que deve acomodar.


Na verdade, não é isso que é discutido na pergunta à qual você vinculou. O que se segue é uma citação da resposta aceita muito abrangente (ênfase minha):

A poliploidia surge facilmente em animais e plantas, mas estratégias reprodutivas podem impedi-la de se propagar em certas circunstâncias, ao invés de qualquer redução na aptidão resultante da duplicação do genoma.

Na verdade, tente reler essa resposta e as referências nela contidas, ela responde à sua pergunta geral.

Há uma teoria popular (geralmente aceita) de que houve eventos de duplicação do genoma completo (WGDs) na ancestralidade dos vertebrados. Se for verdade, significa que todos os mamíferos são descendentes de ancestrais poliplóides. Para uma boa revisão dos WGDs na evolução dos vertebrados, veja aqui [1]. Octomys é simplesmente o único conhecido mamífero com um evento WGD mais recente. Quanto ao que o torna especial (retirado de [2]):

Nossos dados demonstram que o silenciamento parental específico de pelo menos um gene e o mecanismo de dosagem cromossômica X normal são conservados no genoma tetraplóide. Nós hipotetizamos uma ação concertada de mecanismos genéticos e epigenéticos durante o processo de diploidização funcional deste genoma tetraploide.

1) Van de Peer Y, Maere S, Meyer A., ​​O significado evolucionário das duplicações do genoma antigo., Nat Rev Genet. Outubro de 2009;10(10):725-32.

2) Bacquet C, et al., Processos epigenéticos em um mamífero tetraplóide, Mamm Genome. Junho de 2008;19(6):439-47.


5.10: Tipos de Especiação

A definição biológica de espécie, que funciona para organismos que se reproduzem sexualmente, é um grupo de indivíduos real ou potencialmente intercruzados. Existem exceções à esta regra. Muitas espécies são semelhantes o suficiente para que uma descendência híbrida seja possível e pode ocorrer com frequência na natureza, mas para a maioria das espécies essa regra geralmente é válida. Na verdade, a presença na natureza de híbridos entre espécies semelhantes sugere que eles podem ter descendido de uma única espécie de cruzamento, e o processo de especiação pode ainda não estar concluído.

Dada a extraordinária diversidade da vida no planeta, deve haver mecanismos para especiação: a formação de duas espécies a partir de uma espécie original. Darwin imaginou este processo como um evento ramificado e diagramado o processo na única ilustração encontrada em Na origem das espécies (Figura 1a). Compare esta ilustração com o diagrama da evolução do elefante (Figura 1b), que mostra que conforme uma espécie muda ao longo do tempo, ela se ramifica para formar mais de uma nova espécie, repetidamente, enquanto a população sobreviver ou até que o organismo se extinga.

Figura 1. A única ilustração em Darwin e rsquos Na origem das espécies é (a) um diagrama que mostra eventos de especiação que levam à diversidade biológica. O diagrama mostra semelhanças com gráficos filogenéticos que são desenhados hoje para ilustrar as relações das espécies. (b) Os elefantes modernos evoluíram a partir do Paleomastodon, uma espécie que viveu no Egito há 35 & ndash50 milhões de anos atrás.

Para que a especiação ocorra, duas novas populações devem ser formadas a partir de uma população original e devem evoluir de tal forma que seja impossível para os indivíduos das duas novas populações se cruzarem. Os biólogos propuseram mecanismos pelos quais isso poderia ocorrer que se enquadram em duas grandes categorias. Especiação alopátrica (todos& ndash = & ldquoother & rdquo & ndashpatrício = & ldquohomeland & rdquo) envolve a separação geográfica das populações de uma espécie-mãe e evolução subsequente. Especiação simpátrica (sym& ndash = & ldquosame & rdquo & ndashpatrício = & ldquohomeland & rdquo) envolve a especiação que ocorre dentro de uma espécie parental que permanece em um local.

Os biólogos pensam nos eventos de especiação como a divisão de uma espécie ancestral em duas espécies descendentes. Não há razão para que não haja mais do que duas espécies formadas ao mesmo tempo, exceto que é menos provável e vários eventos podem ser conceituados como divisões únicas ocorrendo perto do tempo.


Especiação por Separação Geográfica

Uma população geograficamente contínua possui um pool genético relativamente homogêneo. O fluxo gênico, o movimento de alelos em toda a extensão da espécie, é relativamente livre porque os indivíduos podem se mover e depois acasalar com indivíduos em sua nova localização. Assim, a frequência de um alelo em uma extremidade de uma distribuição será semelhante à frequência do alelo na outra extremidade. Quando as populações se tornam geograficamente descontínuas, esse fluxo livre de alelos é impedido. Quando essa separação dura um período de tempo, as duas populações são capazes de evoluir ao longo de trajetórias diferentes. Assim, suas frequências de alelos em vários loci genéticos tornam-se gradualmente mais e mais diferentes à medida que novos alelos surgem independentemente por mutação em cada população. Normalmente, as condições ambientais, como clima, recursos, predadores e competidores, para as duas populações serão diferentes, fazendo com que a seleção natural favoreça adaptações divergentes em cada grupo. Diferentes histórias de deriva genética, aumentadas porque as populações são menores do que a população original, também levarão à divergência.

Dado o tempo suficiente, a divergência genética e fenotípica entre as populações provavelmente afetará os caracteres que influenciam a reprodução o suficiente para que, se fossem indivíduos das duas populações reunidas, o acasalamento seria menos provável, ou se um acasalamento ocorresse, a prole seria inviável ou infértil. Muitos tipos de caracteres divergentes podem afetar o isolamento reprodutivo (incapacidade de cruzar) das duas populações. Esses mecanismos de isolamento reprodutivo podem ser divididos em mecanismos pré-zigóticos (aqueles que operam antes da fertilização) e mecanismos pós-zigóticos (aqueles que operam após a fertilização). Os mecanismos pré-zigóticos incluem características que permitem que os indivíduos se encontrem, como o momento do acasalamento, sensibilidade a feromônios ou escolha dos locais de acasalamento. Se os indivíduos são capazes de se encontrar, a divergência de caráter pode impedir que os rituais de namoro levem a um acasalamento, seja porque as preferências femininas mudaram ou os comportamentos masculinos mudaram. Mudanças fisiológicas podem interferir no sucesso da fertilização se o acasalamento puder ocorrer. Os mecanismos pós-zigóticos incluem incompatibilidades genéticas que impedem o desenvolvimento adequado da prole, ou se a prole viver, eles podem ser incapazes de produzir gametas viáveis ​​como no exemplo da mula, a prole infértil de uma égua e de um burro.

Se as duas populações isoladas forem reunidas novamente e a prole híbrida que se formou a partir de acasalamentos entre os indivíduos das duas populações tiver menor sobrevivência ou fertilidade reduzida, a seleção favorecerá os indivíduos que são capazes de discriminar entre parceiros potenciais de sua própria população e os outros população. Esta seleção aumentará o isolamento reprodutivo.

O isolamento de populações que levam à especiação alopátrica pode ocorrer de várias maneiras: a partir de um rio formando um novo braço, erosão formando um novo vale ou um grupo de organismos viajando para um novo local sem a capacidade de retornar, como sementes flutuando sobre o oceano para uma ilha. A natureza da separação geográfica necessária para isolar populações depende inteiramente da biologia do organismo e de seu potencial de dispersão. Se duas populações de insetos voadores fixassem residência em vales próximos separados, as chances são de que os indivíduos de cada população voariam para frente e para trás, continuando o fluxo gênico. No entanto, se duas populações de roedores se dividissem pela formação de um novo lago, o fluxo gênico continuado seria improvável, portanto, a especiação seria mais provável.

Os biólogos agrupam os processos alopátricos em duas categorias. Se alguns membros de uma espécie mudam para uma nova área geográfica, isso é chamado de dispersão. Se surge uma situação natural para dividir fisicamente os organismos, isso é chamado de vicariância.

Os cientistas documentaram numerosos casos de especiação alopátrica ocorrendo. Por exemplo, ao longo da costa oeste dos Estados Unidos, existem duas subespécies separadas de corujas-pintadas. A coruja-pintada do norte tem diferenças genéticas e fenotípicas de seu parente próximo, a coruja-pintada mexicana, que vive no sul (Figura 11.4.2). A causa de sua separação inicial não é clara, mas pode ter sido causada pelas geleiras da era do gelo, dividindo uma população inicial em duas. 1

Figura 11.4.2: A coruja-pintada do norte e a coruja-pintada do México habitam locais separados geograficamente com climas e ecossistemas diferentes. A coruja é um exemplo de especiação incipiente. (crédito & ldquonorte coruja-pintada & rdquo: modificação da obra de John e Karen Hollingsworth, crédito do USFWS & ldquoMexicana coruja-pintada & rdquo: modificação da obra de Bill Radke, USFWS)

Além disso, os cientistas descobriram que quanto maior a distância entre dois grupos que já foram da mesma espécie, maior a probabilidade de ocorrer especiação. Isso parece lógico porque, à medida que a distância aumenta, os vários fatores ambientais provavelmente teriam menos em comum do que os locais próximos. Considere as duas corujas no norte, o clima é mais frio do que no sul os outros tipos de organismos em cada ecossistema diferem, assim como seus comportamentos e hábitos também, os hábitos de caça e escolhas de presas das corujas no sul variam do norte uns. Essas variações podem levar a diferenças evoluídas nas corujas e, ao longo do tempo, provavelmente ocorrerá a especiação, a menos que o fluxo gênico entre as populações seja restaurado.

Em alguns casos, a população de uma espécie se dispersa em uma área e cada uma encontra um nicho distinto ou habitat isolado. Com o tempo, as variadas demandas de seus novos estilos de vida levam a múltiplos eventos de especiação originados de uma única espécie, o que é chamado de radiação adaptativa. De um ponto de origem, muitas adaptações evoluem fazendo com que as espécies se irradiem para várias novas. Arquipélagos insulares como as ilhas havaianas fornecem um contexto ideal para eventos de radiação adaptativa porque a água circunda cada ilha, o que leva ao isolamento geográfico de muitos organismos (Figura 11.4.3). A trepadeira de mel havaiana ilustra um exemplo de radiação adaptativa. De uma única espécie, chamada de espécie fundadora, numerosas espécies evoluíram, incluindo as oito mostradas na Figura 11.4.3.

Figura 11.4.3: As aves trepadeiras ilustram a radiação adaptativa. De uma espécie original de ave, várias outras evoluíram, cada uma com suas próprias características distintas.

Observe as diferenças nos bicos das espécies na Figura 11.4.3. Mudança na variação genética para bicos em resposta à seleção natural com base em fontes de alimento específicas em cada novo habitat levou à evolução de um bico diferente adequado para a fonte de alimento específica. As aves comedoras de frutas e sementes têm bicos mais grossos e fortes, adequados para quebrar nozes duras. Os pássaros comedores de néctar têm bicos longos para mergulhar nas flores para alcançar o néctar. Os pássaros que se alimentam de insetos têm bicos como espadas, apropriados para esfaquear e empalar insetos. Os tentilhões de Darwin e rsquos são outro exemplo bem estudado de radiação adaptativa em um arquipélago.


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Por que a poliploidia não era letal em certos roedores octodontídeos? - Biologia

Artigo de revisão - Journal of Cancer Immunology (2020) Volume 2, Edição 4

Estratégias emergentes para atacar células poliplóides de câncer

Jing Zhang 1, Shenqiu Zhang 1, Qiong Shi 1, Dun Yang 1,2, Thaddeus D. Allen 1 *

1 Anticancer Bioscience, Ltd., e J. Michael Bishop Institute of Cancer Research, Chengdu, China 640000

2 Universidade de Medicina Tradicional Chinesa de Chengdu, Avenida Liutai 1166, Distrito de Wenjiang, Chengdu, China 611137

*Autor correspondente: Thaddeus D. Allen
O email:[email protected]

Data de recebimento: 23 de outubro de 2020 Data de aceitação: 12 de novembro de 2020

Citação: Zhang J, Zhang S, Shi Q, Yang D, Allen TD. Estratégias emergentes para atacar células cancerosas poliplóides. J Cancer Immunol. 2020 2 (4): 199-206.

Direito autoral: e cópia 2020 Zhang J, et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Creative Commons Attribution License, que permite o uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original e a fonte sejam creditados.

Resumo

As células cancerosas poliplóides podem surgir de novo em tumores ou podem ser induzidas por terapêuticas que aumentam inadvertidamente a taxa de falha citocinética. Essas células pressagiam um resultado ruim em muitos cânceres porque as células cancerígenas poliplóides podem sofrer divisões de células redutoras propensas a erros para produzir progênie aneuploide. O sistema imunológico desenvolveu mecanismos pelos quais pode reconhecer e remover especificamente células cancerígenas poliplóides, mas estas parecem estar adulteradas com malignidade, de modo que as células poliplóides podem persistir e alimentar o desenvolvimento de clones de células cancerígenas que são resistentes à terapêutica e têm potencial metastático. Aqui, revisamos os mecanismos pelos quais as células cancerígenas poliplóides podem surgir, são monitoradas pelo sistema imunológico e as estratégias terapêuticas que podem prevenir ou atacar diretamente as células cancerígenas poliplóides.

Palavras-chave

Poliplóide, Mitose, Terapêutica, Apoptose, Câncer, Vigilância imunológica

Células Poliplóides Normais

Enquanto as células com um complemento 2n de cromossomos são definidas como diplóides, as células que possuem mais de 2n são chamadas de poliploides. O conteúdo adicional de DNA de células poliplóides pode parecer altamente divergente, mas as células poliplóides existem em mamíferos e desempenham papéis vitais no desenvolvimento e na homeostase do tecido [1]. Os sinciciotrofoblastos placentários, por exemplo, formam a interface entre o sangue materno e o fluido embrionário. Essas células permitem a troca de gases e nutrientes e produzem hormônios que mantêm a gravidez. Eles são células multinucleadas e são formados e mantidos através da fusão das células citotrofoblásticas diplóides subjacentes [2]. A poliploidização pode ocorrer alternativamente quando o genoma é replicado, mas as células não conseguem se submeter à citocinese. Essa situação ocorre com a maturação dos megacariócitos (MKs). Eles se desenvolvem a partir de células-tronco hematopoiéticas diplóides da medula óssea, mas durante a maturação tornam-se poliplóides por endoreplicação, a replicação do DNA sem divisão celular. Este processo é conduzido pelo hormônio Trombopoietina e pode resultar em até 64n de conteúdo de DNA [3]. A etapa final de maturação dos MKs requer a extrusão do conteúdo nuclear e a formação de estruturas propleletivas a partir de seu citoplasma. Embora ainda seja debatido, a necessidade de poliploidia no desenvolvimento de MK está provavelmente relacionada à necessidade de grandes quantidades de mRNA e proteína que é eventualmente empacotada em plaquetas para coagulação e reparo.

Os sincitiotrofoblastos, formados por fusão celular, e os MKs, por meio de endoreplicação, representam dois tipos de células especializadas distintas em que a poliploidia desempenha um papel fisiológico vital. No entanto, células cancerosas poliplóides aberrantes também podem surgir quando as verificações e equilíbrios normais da divisão celular estão comprometidos em células cancerosas pseudodiplóides. A seguir, descrevemos como as células cancerosas poliplóides surgem e a razão para atacar essa população de células cancerosas.

Células cancerígenas poliplóides

As alterações oncogênicas que ocorrem no câncer facilitam o deslizamento mitótico e a falha citocinética. Essa interrupção facilita a aneuploidia, uma mudança numérica em uma fração do conjunto diplóide de cromossomos. Por exemplo, mutações de perda de função em supressores de tumor, como BRCA2 [4], TP53 [5] e APC [6], todos aumentam a taxa de falha citocinética, enquanto a ativação de mutações da quinase pode afetar a fidelidade da mitose. As cascatas de sinalização convergem para influenciar a biogênese e a função dos centrossomas, a integridade do ponto de verificação da montagem do fuso mitótico (SAC) e a conclusão da citocinese [7-9]. O SAC atua como uma salvaguarda para a segregação precisa dos cromossomos, garantindo a fixação adequada dos cinetóforos aos microtúbulos do fuso mitótico e a tensão ideal entre os cinetóforos irmãos bi-orientados antes da transição para a anáfase (para revisão, consulte [10-12]). Acredita-se que os defeitos na segregação cromossômica resultem do desvio do SAC. Assim, eventos oncogênicos anteriores podem servir como um prelúdio para uma maior heterogeneidade genética intratumoral, promovendo a aneuploidia. Isso alimenta o surgimento de clones de células cancerosas mais agressivos ao longo do tempo. As tecnologias de sequenciamento de células únicas continuam a revelar enorme profundidade na heterogeneidade clonal encontrada no câncer [13].

No entanto, uma via proeminente para a aneuploidia pode envolver um intermediário poliplóide. A poliploidia difere da aneuploidia. A poliploidia é uma mudança numérica em todo o conjunto de cromossomos, não apenas uma fração. As células cancerosas podem sofrer uma mitose viável, mas depois não conseguem completar a citocinese, resultando na formação de uma célula multinucleada. Em contraste com a visão convencional da poliploidia como um estado proliferativamente interrompido, os dados acumulados indicam que as células poliplóides podem sofrer divisões redutivas que podem ser propensas a erros, resultando em uma progênie altamente aneuplóide que é viável e proliferativa [14]. Comparada com a diploidia, a poliploidia serve como um intermediário resiliente para a aneuploidia porque o conteúdo aumentado de DNA protege a perda de cromossomos essenciais de forma mais eficaz [15].

As células que são 4n, 8n ou mais estão presentes em muitos tumores e a presença de células poliplóides é reconhecida como um indicador de mau prognóstico em vários tipos de câncer [16-18]. Para leucemias, em particular, há muito se reconhece que é um mau prognóstico [19]. Assim, o pool poliploide de células tumorais pode servir como uma fonte constante sobre a qual células com alterações genômicas variáveis ​​podem emergir, produzindo células terapeuticamente resistentes e células com potencial metastático aumentado ao longo do tempo [14,15,20] (descrito em figura 1).

As células poliplóides parecem particularmente bem adequadas para semear a recorrência metastática. Uma resposta à poliploidia é o desenvolvimento da senescência celular [21]. Como células quiescentes, os poliploides podem ser exclusivamente capazes de sobreviver em face de quimioterápicos que têm como alvo as células em divisão. Além disso, os genes de resposta a danos no DNA são religados em células poliplóides, desencadeando o reparo de base de fita simples e vias de junção de extremidades não homólogas para aumentar a atividade de reparo do DNA [22]. O surgimento de células poliplóides da senescência para produzir progênie aneuploide viável poderia contribuir para a recorrência do tumor muito depois do término da quimioterapia. Múltiplas linhas de evidência sugerem que eles, de fato, surgem e produzem clones agressivos de células cancerígenas [14,20,23,24]. Um aspecto não totalmente compreendido da biologia de células cancerígenas poliplóides é o aumento observado em poliploides de propriedades que estão associadas a cânceres altamente malignos, mesmo quando essas propriedades não são evidentes no pool de células cancerígenas diplóides associadas. Os exemplos incluem expressão alterada de reguladores do ciclo celular [22,25] e marcadores associados à transição epitelial para mesenquimal (EMT) e células-tronco cancerosas [26,27]. Uma revisão detalhada do aumento das propriedades malignas em células cancerosas poliplóides foi publicada [28].

É importante ressaltar que as células cancerosas poliplóides têm a capacidade de semear a tumorigênese, portanto, têm propriedades semelhantes às das células-tronco do câncer. Células poliplóides isoladas de linhagens de células de câncer de ovário expressam níveis mais elevados do marcador de células-tronco de câncer de ovário CD133, formam esferóides em cultura e tumores em camundongos imunocomprometidos [27]. Talvez o mais revelador em relação ao fenótipo de desdiferenciação dessas células é que elas podem ser seletivamente manipuladas em cultura de células para assumir propriedades de linhagens mesenquimais de tecido adiposo, cartilagem e osso [27]. A propensão a se submeter à EMT tem sido considerada um fator que pressagia a disseminação metastática, então a herança da plasticidade do desenvolvimento pode ser uma característica importante que as células-filhas herdam de um precursor poliploide.

Essa herança pode ser epigenética. Há evidências, pelo menos no câncer positivo para p53, que mudanças epigenéticas em células poliplóides permitem o silenciamento de alvos transcipcionais de p53 que ativam a apoptose e a parada do ciclo celular. Por exemplo, o inibidor de metilação de DNA 5-aza-2- desoxicitidina (5-AzadC) pode restaurar a expressão do alvo p53 e do inibidor da quinase dependente de ciclina, p21 CIP1, e também restaurar a sensibilidade das células cancerígenas poliplóides a TNF & alfa [22]. A capacidade das alterações epigênticas de serem transmitidas à progênie aneuplóide de poliplóides não foi suficientemente explorada e pode contribuir para o surgimento de resistência aos medicamentos e metástases.

Imunovigilância

Em camundongos imunocompetentes, os tumores que eventualmente surgem após o enxerto de células poliplóides são compostos principalmente de células cancerosas pseudodiplóides, portanto, surgem da progênie de uma divisão celular redutora [29]. A capacidade do sistema imunológico de detectar especificamente células poliplóides pode ser um mecanismo que necessita dessa redução da ploidia.

Os mecanismos pelos quais o sistema imunológico elimina as células cancerosas poliplóides surgem por meio da sinalização de estresse. A proteína calreticulina torna-se realocada para a membrana plasmática de células cancerosas poliplóides, onde atua como um ligante para a proteína relacionada ao receptor de LDL (LRP) (também conhecida como CD91) na superfície das células fagocíticas [30]. Para atuar como um sinal de & ldquoeat me & rdquo, a translocação deve ocorrer a partir do retículo endoplasmático (RE), onde a calreticulina normalmente funciona como uma chaperona molecular [31]. Fortes evidências de que a calreticulina é central para a imunovigilância de células poliplóides vem de experimentos que demonstram que a exposição à calreticulina na superfície celular de células poliplóides não limita a tumorigênese em camundongos imunodeficientes, mas limita a tumorigênese em camundongos com sistema imune intacto [29,32]. O estresse constitutivo do ER em células poliplóides direciona a calreticulina para a superfície celular, pois as manipulações que aliviam o estresse do ER também reduzem o transporte de calreticulina para a superfície celular e a imunogenicidade [29].

As células poliplóides também estão sujeitas a imunovigilância intensificada por células Natural Killer (NK). Os quimioterápicos indutores de hiperploidia induzem a expressão da superfície celular de ligantes para os receptores ativadores de células NK NKG2D e DNAM-1 [33]. Mais uma vez, a resposta ao estresse ER desempenha um papel. O ligante NKG2D, MICA é regulado positivamente na superfície de ambas as células de câncer de cólon HCT-116 e células de leucemia mielóide K-562 por estresse ER e isso desencadeia a atividade citolítica de NKs [33]. A poliploidia pode, portanto, iniciar a imunidade antitumoral. Apesar dessa vigilância imunológica constante, os cânceres são frequentemente diagnosticados em estágio avançado com aneuploidia, disseminação e capacidade inata de evitar células efetoras do sistema imunológico. Apesar do advento dos anticorpos moduladores do ponto de controle imunológico, restaurar a capacidade do sistema imunológico de identificar e atacar as células cancerosas ainda é um grande desafio clínico.

Poliploidia Induzida por Quimioterapia

A complexidade adicional decorre do fato de que as terapias que atacam as células em divisão podem, inadvertidamente, aumentar o desenvolvimento da poliploidia. Por exemplo, drogas que rompem o fuso mitótico induzem parada mitótica prolongada, levando à apoptose induzida por catástrofe mitótica. No entanto, as células esporádicas escapam, talvez por cair abaixo do limite das pistas indutivas necessárias para a apoptose. Essas células podem, alternativamente, falhar em completar a citocinese, tornando-se poliplóides. Rodadas sucessivas de replicação com citocinese falhada podem produzir células com ploidia ainda maior que 4n e enquanto a sinalização apoptótica ainda é viável em células cancerígenas tetraplóides induzidas por nocodazol [34], linhas celulares tetraplóides são mais resistentes à radiação e morte induzida por danos de DNA do que seus homólogos diplóides [35]. Isso sugere que a poliploidização anda de mãos dadas com a capacidade atenuada de ativar a sinalização apoptótica intrínseca. Diferente da apoptose, o fluxo autofágico aumentado em células cancerígenas poliplóides pode promover ou suprimir sua sobrevivência a longo prazo de uma maneira dependente do contexto [36,37]. A persistência de células cancerosas poliplóides é provavelmente possibilitada pela convergência de múltiplos mecanismos de escape.

Várias classes de terapia contra o câncer induzem uma população de células poliplóides, incluindo os taxanos usados ​​clinicamente, como docetaxel [24,38] e paclitaxel, [39], agentes que danificam o DNA, como doxorrubicina [40], radiação [14,41] e oncoproteína- compostos de direcionamento [7,42]. Isso também inclui drogas inibidoras de quinase direcionadas que atacam diretamente a maquinaria mitótica, como os inibidores de quinase Aurora [37,43] e inibidores de quinase semelhantes a Polo [44,45]. Se os ciclos de poliploidização seguidos por divisão celular redutiva alimentam a geração progressiva de aneuploidia, então uma terapêutica que visa as células cancerígenas poliploides pode ser um meio de curto-circuito neste ciclo, atacar a capacidade de evolução do genoma do câncer e aumentar a eficácia geral de muitos usados ​​atualmente terapias.

Prevenindo o Desenvolvimento de Células Câncer Poliplóides

Em teoria, reduzir a conversão de células cancerosas diplóides em células poliplóides poderia ser uma estratégia para limitar a evolucionabilidade. Várias linhas de evidência sugerem terapias combinadas que funcionam em direção a esse objetivo. Uma terapia de combinação que visa efetivamente a formação de células poliplóides, pelo menos em linhas de células cultivadas de linfoma difuso de grandes células B (DLBCL), é o uso combinado do inibidor do complexo histona desacetilase (HDAC), Belinostat, junto com o alcalóide da vinca, vincristina [46] . A vincristina sozinha, como outras toxinas do fuso, tem a propensão de induzir alguma poliploidia ao lado da parada mitótica e apoptose. Belinostat potencializa a resposta apoptótica. Os autores especulam que há menos células poliplóides à medida que menos células sofrem parada prolongada, deslizamento mitótico e falha da citocinese [46]. Mais células cancerosas sucumbem à apoptose aguda. Portanto, o efeito cooperativo dessas duas drogas ataca as células antes que elas tenham a chance de sofrer a endoreduplicação.

O flavopiridol, um inibidor da quinase dependente da ciclina de amplo espectro (CDK), também foi sugerido para reduzir a propensão para a formação de células poliplóides com toxinas fusiformes [47]. Esta atividade é atribuída à parada G1 de células cancerosas e ocorre mesmo em células deficientes para genes supressores de tumor que anulam a resposta do ponto de verificação G1 e que têm uma propensão para endreduplicação após o tratamento com toxinas do fuso. Assim, um efeito citostático de flavopiridol pode inibir a endoreduplicação e poliploidia induzida por toxinas do fuso, pelo menos em vitro. A propensão para a apoptose ocorrer junto com a parada em G1 induzida por flavopiridol pode ser dependente tanto do tipo de célula quanto dos medicamentos usados ​​junto com este inibidor de CDK (para revisão, consulte [48]).

O desenvolvimento e a manutenção da poliploidia podem vir com custos de energia exploráveis. As células poliploides aumentaram o tamanho e o conteúdo de DNA, e sustentá-los ao iniciar novas rodadas de síntese de DNA requer maior entrada de energia em comparação com suas contrapartes diplóides. Como um regulador mestre do uso de energia celular, o alvo mecanístico do complexo 1 de rapamicina (mTOR1) traduz sinais metabólicos e ambientais em uma cascata de eventos que permitem processos anabólicos, como tradução de mRNA e síntese de lipídios, e podem limitar processos catabólicos, como autofagia. Os efeitos anticâncer dos inibidores da Aurora quinase B são aumentados pelo co-tratamento com inibidores de mTOR [49]. Tanto a rapamicina quanto o torkinibe (PP242) potencializaram a apoptose induzida pelo inibidor da quinase Aurora e a indução de morte autofágica em células de leucemia mieloide aguda poliplóide (LMA). O metabolismo glicolítico foi encontrado para ser aumentado em células poliplóides e a cooperação foi atribuída ao aumento do estresse metabólico [49]. Em linhas semelhantes, a ativação da proteína quinase ativada por 5 & rsquo AMP (AMPK), um inibidor direto a montante mTOR, tanto pelo produto natural, resveratrol, quanto por salicilato, o produto ativo da aspirina, pode inibir a formação de células poliplóides [50]. Isso ocorreu juntamente com o tratamento com drogas indutoras de poliplóide nocodazol, citocalasina D ou um inibidor da Aurora quinase B. É importante ressaltar que a atividade anti-poliploidia foi validada na Vivo usando o modelo APC min de câncer colorretal [50].

Atacando células cancerosas poliplóides existentes

Direcionar preferencialmente para células poliplóides ou prevenir a transição de células poliplóides para aneuploides pode desativar a progressão do tumor. A triagem de alto rendimento para compostos que matam seletivamente as células poliplóides sugere que a dosagem do gene pode ser uma característica explorável [51]. Por exemplo, a 8-azaguanina, um composto que requer conversão em um metabólito bioativo pela enzima hipoxantina fosforibosil transferase 1 (HPRT 1), é mais tóxico para células cancerosas poliplóides. As cópias extras de HRPT 1 em células poliploides está subjacente a esta toxicidade [51]. A expressão alterada de outros genes também pode ser explorada. Descobriu-se que os genes que regulam a divisão celular meiótica são regulados positivamente em células cancerosas poliplóides, ao lado de genes que regulam a divisão mitótica [41,52]. Isso significa que a divisão celular, incluindo as divisões redutivas que produzem progênie aneuploide, seja por meio de brotamento nuclear, divisão multipolar ou outros meios, pode explorar um conjunto distinto de proteínas de divisão celular em comparação com diplóides. Não se sabe se alguma proteína específica da meiose é absolutamente necessária ou drogável em células poliplóides, mas a identificação de tais vulnerabilidades vai dar um passo mais perto de terapias direcionadas para células cancerígenas poliplóides.

Uma estratégia distinta foi descoberta usando um sistema de cultura de células para examinar a letalidade sintética entre MYC e a inibição da Aurora quinase B. Membros pró-sobrevivência do Bcl2 família foram confirmados para permitir a persistência de células poliplóides [53,54]. Cooperação entre inibidores de Aurora quinase B e inibidores de pró-sobrevivência Bcl2 proteínas, foi previamente explorado [55-57]. Os efeitos cooperativos foram assumidos devido ao aumento da apoptose por meio da ativação da via apoptótica intrínseca. No entanto, novas descobertas sugerem um mecanismo distinto. Bcl pró-sobrevivência2 proteínas da família também interagem com o BH3 apenas a proteína Beclin1 (também ATG6) no retículo endoplasmático para bloquear a autofagia [58,59]. Esta interação demonstrou ser crucial para prevenir a autofagia letal que acompanha a poliploidia e contribuir para a resistência aos medicamentos em um em vitro modelo [54]. Esta pesquisa aponta um mecanismo de ação direcionável para atacar diretamente as células cancerígenas poliplóides. BH3 drogas miméticas interrompem a interação de pró-sobrevivência Bcl2 proteínas da família com o BH3 domínio de Beclin1 e esta tática pode ser usada em combinação com drogas como os inibidores da quinase Aurora para aumentar a morte celular. BH3 miméticos também demonstraram ser eficazes ao lado de outras drogas que induzem a poliploidia [60].

Outros meios para perturbar o Beclin1/ Bcl2 a interação também pode ser valiosa. As ceramidas são uma família de lipídios composta de esfingosina e uma cadeia de ácidos graxos. Eles são encontrados em vários compartimentos da membrana celular, incluindo o Golgi e o lisossoma e podem modificar as vias de sinalização celular. Ceramidas de cadeia curta foram encontradas para induzir a dissociação do complexo formado entre Beclin1 e Bcl2 através da ativação da quinase 1 c-Jun N-terminal (JNK1) [61]. JNK1 fosforila o Bcl2 proteína e isso interfere com a associação entre Beclin1 e Bcl2, permitindo assim a autofagia [61]. Para células poliplóides, essa autofagia é letal. Knockdown do gene que codifica a proteína de transporte de ceramida (conhecido como COL4UMA3BP ou CERT), que move a ceramida do retículo endoplasmático (ER) para o aparelho de Golgi, induz a expressão da proteína de membrana associada ao lisossoma 2 (LAMP2) e aumenta o fluxo autofágico, levando à morte celular poliplóide [62]. Então, COL4UMA3BP pode ser um alvo para intervenção terapêutica para atacar células cancerígenas poliplóides que, em última análise, funcionam através da interrupção do Beclin1/ Bcl2 interação.

As abordagens de direcionamento direto não precisam apenas visar células poliplóides. Por exemplo, a inibição de PLK1 junto com o tratamento com toxinas fusiformes leva a uma apoptose aumentada de células cancerígenas diplóides e poliplóides, mas as células poliplóides têm sensibilidade aumentada [63]. O efeito aprimorado de PLK1 a inibição em células com conteúdo de DNA & gt4n foi atribuída a uma incapacidade das células poliplóides de tolerar qualquer aumento adicional na ploidia que foi induzida por PKL1 inibição. As células poliplóides foram mais prontamente movidas para a apoptose induzida por catástrofe mitótica. A duplicação do genoma também aumenta a sensibilidade aos inibidores farmacológicos do membro da família 11 da cinesina mitótica (também conhecido como Eg5) [64] e da proteína 1 do fuso monopolar (MPS1) [65], portanto, a inibição sustentada de reguladores mitóticos é mais tóxica para células poliploides do que suas contrapartes diplóides. Em teoria, essas abordagens terão como alvo células cancerosas diplóides e poliplóides e podem ser terapias eficazes para atacar todas as células cancerosas.

Resumo

A instabilidade genômica é uma marca registrada do câncer e as células poliplóides surgiram como uma célula intermediária no caminho em direção à aneuploidia. Abordagens que previnem a formação de e / ou têm como alvo as células cancerígenas poliplóides existentes estão sendo ativamente investigadas. No entanto, estamos apenas começando a entender como melhor atacar as células cancerígenas poliplóides. Parece que as terapias combinadas que atacam todas as células cancerosas, mas devido a vulnerabilidades únicas podem ter um impacto preferencial nas células poliplóides, podem ser promissoras. Habilitar a autofagia letal surgiu como um meio de atacar a população de células poliplóides de câncer. Pesquisas adicionais também são necessárias para investigar o papel que as células cancerígenas poliplóides podem desempenhar na imunidade antitumoral. A resposta ao estresse ER e a calreticulina desempenham um papel na vigilância imunológica para poliploidia aberrante, mas como isso é contornado para permitir a persistência de células cancerosas poliplóides em pacientes é enigmático. Terapêuticas que restabelecem o ataque imunológico em células poliplóides, ao lado de terapêuticas que atacam preferencialmente as vulnerabilidades de poliplóides, podem se provar uma combinação potente que interrompe a progressão do tumor em suas trilhas.


Especiação híbrida em mamíferos: ilusão ou realidade?

Na revisão, os exemplos conhecidos de especiação híbrida presumível em mamíferos são analisados. Freqüentemente, não é fácil diferenciar claramente a especiação híbrida e os derivados de outros cenários evolutivos. No entanto, foi demonstrada a realidade da especiação de híbridos, tanto alopoliplóides (AHS) quanto homoplóides (HHS), dentro desta classe. Caracteristicamente, os exemplos considerados incluem apenas um caso de AHS junto com uma infinidade de eventos de HHS. A especiação via poliploidia é improvável em mamíferos devido ao comprometimento do mecanismo de compensação da dosagem do gene. Supõe-se que HHS pode ocorrer, mais provavelmente em grupos de mamíferos com placentação hemocorial. Boa concordância entre situações naturais específicas e previsões teóricas é mostrada que espécies de origem híbrida assumida são geralmente aberrantes morfologicamente (dentro de seus próprios grupos), suas áreas geográficas são relativamente pequenas e estão espacialmente separadas das formas parentais e freqüentemente ocupam habitats marginais. O reconhecimento da realidade de tal tipo de especiação em mamíferos torna óbvio que não são apenas espécies com uma faixa estreita, ocupando nichos ecológicos periféricos, muitas vezes com condições ambientais extremas, que precisam ser tomadas sob proteção, mas também populações híbridas estabilizadas com um pool genético único e uma aparência fenotípica distinta. Sem dúvida, essas populações podem ser consideradas modelos evolutivos interessantes e, portanto, definitivamente merecem ser protegidas.


Desencadeando p53 após falha de citocinese

As células que não se dividem durante a citocinese freqüentemente param na próxima fase G1 por um mecanismo misterioso que depende da p53. O que desencadeia essa prisão não está claro. Novos estudos, incluindo um relatório nesta edição (Uetake e Sluder, 2004), sugerem que essa parada não ocorre porque as células são poliplóides, são binucleadas, têm centrossoma múltiplo ou falham na citocinese, tornando esse fenômeno ainda mais intrigante.

Uma característica marcante da maioria das células cancerosas é que elas são altamente aneuploides, enquanto a maioria das células somáticas tem ploidia estável. A poliploidia foi mesmo postulada como geradora de instabilidade genética (Lengauer et al., 1998). Não está claro se as células somáticas normais mantêm sua ploidia simplesmente pela segregação mitótica fiel de seus cromossomos ou se elas têm mecanismos para detectar aneuploidia e corrigir este problema ou bloquear as células aneuploides de ciclos de divisão posteriores. Um crescente corpo de trabalho sugere que as células que não passam por citocinese ativam um "ponto de verificação tetraplóide" que as prende no seguinte G1 de uma maneira dependente de p53. No entanto, artigos recentes sugerem que a poliploidia por si só não pode desencadear a rede p53, e a relevância in vivo dessa parada ainda não está clara.

Está bem estabelecido que o p53 bloqueia a progressão do ciclo celular em células que falham na citocinese, já que muitos pesquisadores geraram independentemente células poliplóides que param no seguinte G1 (Fig. 1). A observação original deste fenômeno precedeu a descoberta de p53. Hirano e Kurimura (1974) descobriram que as células infectadas com SV40 não paravam em G1 quando tratadas com citocalasina, uma droga que envenena a actina e, portanto, evita a contração do sulco citocinético (Fig. 1 B). Sabe-se agora que a infecção por SV40 inativa o p53. Reid e colegas (Cross et al., 1995) incubaram fibroblastos de embrião de camundongo (MEFs) em nocodazol ou colcemida, duas drogas despolimerizantes de microtúbulos diferentes, por 22 h, e descobriram que MEFs de tipo selvagem são presos com ploidia 4N, mas P53 - / - Os MEFs replicaram seus cromossomos e se tornaram 8N (Cross et al., 1995). Outros estudos demonstraram que, embora as células estivessem em nocodazol, as células 4N não pararam na mitose, mas escaparam do ponto de verificação do fuso e pararam na fase G1 subsequente em um estado que tinha muitas marcas de uma parada do ponto de verificação p53 induzida por dano ao DNA (Fig. . 1 C) (Lanni e Jacks, 1998 Minn et al., 1996). É importante ressaltar que esses experimentos foram vistos pela primeira vez em células de camundongos que têm um ponto de verificação do fuso funcional, mas não podem manter a parada mitótica no nocodazol por quase tanto tempo quanto as células humanas. O grupo de Margolis gerou células binucleadas com dihidrocitocalasina B (Fig. 1 B) (Andreassen et al., 2001), e mais uma vez as células p53-positivas foram interrompidas na fase G1 subsequente, enquanto as células p53-menos replicaram seu DNA para se tornarem 8N. Ao explorar como a superexpressão do oncogene Aurora A gerou vários centrossomas, o grupo de Erich Nigg descobriu que o excesso de expressão de Aurora A bloqueou a citocinese (Fig. 1 B) (Meraldi et al., 2002). Eles passaram a mostrar que essas células também foram interrompidas no seguinte G1 de uma maneira dependente de p53. Embora ainda precise ser formalmente estabelecido, é provável que um mecanismo comum seja a ativação da p53 após cada um desses tratamentos.

Como as células cancerosas costumam ter cromossomos extras, foi postulado que há um evento inicial que faz com que as células cancerosas se tornem poliploides e, em seguida, a fidelidade reduzida da segregação cromossômica resulta em aneuploidia subsequente que leva à perda de heterozigosidade dos supressores de tumor. Assim, a noção de que o p53 bloqueia a progressão para a fase S nas células que são poliploides é satisfatória, pois explica ainda a perda quase universal da via do p53 durante a progressão do câncer. No entanto, um pensamento mais profundo sugere que as células somáticas “normais” são frequentemente poliplóides e os modelos iniciais podem ser ingênuos. A poliploidia, tanto autopoliploidia quanto alopoliploidia, é comum entre as plantas superiores (angiospermas), mas relativamente rara entre os animais e não está restrita a nenhum gênero em particular. Muller (1925) foi o primeiro a sugerir que a poliploidia é rara em animais por causa da evolução dos cromossomos sexuais e de uma base cromossômica para a determinação do sexo. É importante ressaltar que existem animais poliplóides. Uma variedade de sapos e rãs são tetraplóides, o mais famoso entre eles é Xenopus laevis. O camarão de água salgada (Artemia franciscana) é tetraplóide, enquanto a mosca-serra do pinheiro (Diprion similie) tem machos diplóides, mas fêmeas tetraploides. O aumento da ploidia também foi relatado em humanos. Fetos triploides e tetraploides geralmente morrem e são abortados no primeiro trimestre, mas há muitos casos de fetos que sobrevivem até o terceiro trimestre e um pequeno número de casos de nascidos vivos tetraploides (Edwards et al., 1994 Nakamura et al., 2003 ) Existem certos tipos de células em humanos que são poliplóides, por exemplo, megacariócitos aumentam em ploidia como parte de sua diferenciação (Queisser et al., 1971). Embora seja possível que organismos e células poliplóides sofram eventos adaptativos, essas observações sugerem que a poliploidia per se não é letal no nível celular.

Um relatório nesta edição fornece uma nova visão sobre a causa da prisão dependente de p53. Uetake e Sluder descobriram que o tratamento transitório com concentrações muito baixas de citocalasina D pode bloquear a citocinese para gerar células binucleadas, mas as células tratadas desta forma não pararam em G1 (Fig. 1 D) (Uetake e Sluder, 2004). Usando microscopia de vídeo, eles acompanharam células binucleadas formadas nessas baixas concentrações de citocalasina D e mostraram que sofreram mitose e outra rodada de citocinese. A falta da parada não foi causada pela perda da via do p53, uma vez que as mesmas células foram presas nas concentrações mais altas de citocalasina D. Da mesma forma, Wong e Stearns fundiram fibroblastos de prepúcio diplóide humano (que também podem parar como binucleados com altas concentrações de citocalasina) e mostrou que os hibridomas binucleados resultantes entraram na fase S sem uma parada prolongada (Wong, C. e T. Stearns, comunicação pessoal). Esses experimentos simples argumentam fortemente que a parada dependente de p53 não é desencadeada por binucleação, poliploidia, centrossomas múltiplos ou falha da citocinese.

O que está desencadeando a rede p53 em células tetraplóides se tornou o enigma central neste campo. Uma pista vem da observação de que pode haver alguma especificidade do tipo de célula. O grupo de Margolis usou originalmente fibroblastos embrionários de rato (células Ref52) (Andreassen et al., 2001) e Uetake e Sluder descobriram que essas células pararam mesmo em concentrações mais baixas de citocalasina D que não bloqueou a progressão da fase S em células hTert-RPE1 ou fibroblastos primários do prepúcio humano. Curiosamente, a parada nas células Ref52 poderia ser aliviada pelo plaqueamento das células em fibronectina em vez de diretamente no vidro (Uetake e Sluder, 2004). Não está claro por que a fibronectina suprime a parada, mas é interessante que a ligação das integrinas à fibronectina pode regular a actina e o citoesqueleto dos microtúbulos. Talvez a ruptura do citoesqueleto durante uma falha na citocinese gere um complexo citoesquelético "beco sem saída" que está ativando o p53 e as vias a jusante das integrinas podem resolver esses problemas de rede do citoesqueleto.

Para entender se essa parada dependente de p53 realmente previne a progressão do câncer, não apenas o sinal precisa ser determinado, mas as condições pelas quais a parada é normalmente desencadeada devem ser descritas. A maioria dos estudos usou drogas para desencadear a prisão, com uma exceção do grupo de Brian Reid, que encontrou um aumento na ploidia especificamente em camundongos p53 - / -. 25 d após o nascimento, os pâncreas de camundongos 53 - / - têm ∼23% de células 4N em comparação com 7% no tipo selvagem. Além disso, em camundongos transgênicos que bloquearam o p53 e outras proteínas pela expressão do antígeno T SV40 sob o promotor da elastase, o número de células poliplóides no pâncreas foi & gt45% (Cross et al., 1995). Este relatório de p53 prevenindo a poliploidia in vivo sugere que esta misteriosa via ainda pode ter um papel importante na prevenção da progressão do câncer.


PADRÕES FILGENÉTICOS

A Figura 1 mostra, de forma simplificada, as principais divisões na taxonomia dos peixes, com destaque para as ordens em que ocorrem os poliplóides. As espécies consideradas poliplóides são apresentadas na Tabela 1, adaptada de Otto & amp Whitton (2000). O primeiro ponto a observar é que os peixes são parafiléticos, a menos que os tetrápodes sejam incluídos. Essa complicação será ignorada aqui, e a discussão excluirá os tetrápodes. A poliploidia em anfíbios e mamíferos é revisada por Mable e Gallardo et al. (2004 - tanto esta edição). Uma segunda complicação é que, em muitos casos, as informações relevantes simplesmente não estão disponíveis. Em termos gerais, as pesquisas do número de cromossomos são menos completas para peixes do que para outros animais: Lagier et al. (1977) estimaram que apenas 400 espécies (1,6%) foram estudadas por citologistas cromossômicos e, embora muito trabalho tenha sido feito desde então, pouco se sabe sobre a citogenética da grande maioria das espécies. Dentro dos Chondrichthyes, Stingo & amp Rocco (2001) concluíram que os cariótipos de apenas 63 das 1100 espécies conhecidas (5,73%) foram descritos na literatura nos 40 anos anteriores. No entanto, apesar da escassez de dados, é claro que a poliploidia ocorreu de forma independente em uma variedade de ordens. Estes incluem táxons filogeneticamente diversos como os Lepidosireniformes (peixes pulmonados), os Acipenseriformes (peixes-remos e esturjões), os Cypriniformes (ventosas, botias, carpas e peixinhos) e os Perciformes (percas). Enquanto as famílias Catostomidae e Salmonidae são completamente poliplóides ou de origem poliplóide, em outras famílias (por exemplo, Cobitidae e Cyprinidae) diferentes níveis de ploidia são observados (Machordom & amp Doadrio, 2001).

Um cladograma das categorias superiores de peixes, mostrando o número de espécies em cada uma das 57 ordens de peixes existentes (dados de Nelson, 1994). * Táxons extintos. † Pedidos que incluem poliplóides. Observe a posição dos tetrápodes dentro do Sarcopterygii. Adaptado de Nelson (1994).

Um cladograma das categorias superiores de peixes, mostrando o número de espécies em cada uma das 57 ordens de peixes existentes (dados de Nelson, 1994). * Táxons extintos. † Pedidos que incluem poliplóides. Observe a posição dos tetrápodes dentro do Sarcopterygii. Adaptado de Nelson (1994).

Famílias e espécies poliplóides (modificado de Otto & amp Whitton, 2000)

Pedido . Espécie / Táxon. Referências .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980)
Espátula Polyodon Schultz (1980)
Atheriniformes Menidia sp. Echelle & amp Mosier (1981)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira e Rab (1995)
Catostomidae Schultz (1980)
Botia spp. Yu et al. (1987), Rishi, Shashikala & amp Rishi (1998)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara & amp Suzuki (1993)
Misgurnus fossilis Post (1965), Raicu & amp Taisescu (1972)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier & amp Berrebi (1999)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki e Taki (1981)
Aulopyge hugelii Vasil'yev (1980), Mazik, Toktosunov & amp Rab (1989)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987), Shimizu, Oshiro & amp Sakaizumi (1993)
Subfamília Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987), Larhammar & amp Risinger (1994)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos – neogaeus complexo Dawley, Schultz & amp Goddard (1987), Goddard & amp Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides complexo Alves et al. (1998)
Subfamília Schizothoracinae Mazik et al. (1989)
Esquizotórax spp. Mazik et al. (1989)
Sinociclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Ornitorrinco Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Ciprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet & amp Evenson (1991)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf e amp Thorgaard (1984)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey e Lakra (1997)
Heteropneustes fossilis Pandian & amp Koteeswaran (1999)
Pedido . Espécie / Táxon. Referências .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980)
Espátula Polyodon Schultz (1980)
Ateriniformes Menidia sp. Echelle & amp Mosier (1981)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira e Rab (1995)
Catostomidae Schultz (1980)
Botia spp. Yu et al. (1987), Rishi, Shashikala & amp Rishi (1998)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara & amp Suzuki (1993)
Misgurnus fossilis Post (1965), Raicu & amp Taisescu (1972)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier & amp Berrebi (1999)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki e Taki (1981)
Aulopyge hugelii Vasil'yev (1980), Mazik, Toktosunov & amp Rab (1989)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987), Shimizu, Oshiro & amp Sakaizumi (1993)
Subfamília Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987), Larhammar & amp Risinger (1994)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos – neogaeus complexo Dawley, Schultz & amp Goddard (1987), Goddard & amp Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides complexo Alves et al. (1998)
Subfamília Schizothoracinae Mazik et al. (1989)
Esquizotórax spp. Mazik et al. (1989)
Sinociclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Ornitorrinco Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Ciprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet & amp Evenson (1991)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf e amp Thorgaard (1984)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey e Lakra (1997)
Heteropneustes fossilis Pandian & amp Koteeswaran (1999)

Famílias e espécies poliplóides (modificado de Otto & amp Whitton, 2000)

Pedido . Espécie / Táxon. Referências .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980)
Espátula Polyodon Schultz (1980)
Ateriniformes Menidia sp. Echelle & amp Mosier (1981)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira e Rab (1995)
Catostomidae Schultz (1980)
Botia spp. Yu et al. (1987), Rishi, Shashikala & amp Rishi (1998)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara & amp Suzuki (1993)
Misgurnus fossilis Post (1965), Raicu & amp Taisescu (1972)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier & amp Berrebi (1999)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki e Taki (1981)
Aulopyge hugelii Vasil'yev (1980), Mazik, Toktosunov & amp Rab (1989)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987), Shimizu, Oshiro & amp Sakaizumi (1993)
Subfamília Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987), Larhammar & amp Risinger (1994)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos – neogaeus complexo Dawley, Schultz & amp Goddard (1987), Goddard & amp Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides complexo Alves et al. (1998)
Subfamília Schizothoracinae Mazik et al. (1989)
Esquizotórax spp. Mazik et al. (1989)
Sinociclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Ornitorrinco zacco Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Ciprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet & amp Evenson (1991)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf e amp Thorgaard (1984)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey e Lakra (1997)
Heteropneustes fossilis Pandian e Koteeswaran (1999)
Pedido . Espécie / Táxon. Referências .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980)
Espátula Polyodon Schultz (1980)
Atheriniformes Menidia sp. Echelle & amp Mosier (1981)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira e Rab (1995)
Catostomidae Schultz (1980)
Botia spp. Yu et al. (1987), Rishi, Shashikala & amp Rishi (1998)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara & amp Suzuki (1993)
Misgurnus fossilis Post (1965), Raicu & amp Taisescu (1972)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier & amp Berrebi (1999)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki e Taki (1981)
Aulopyge hugelii Vasil'yev (1980), Mazik, Toktosunov & amp Rab (1989)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987), Shimizu, Oshiro & amp Sakaizumi (1993)
Subfamília Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987), Larhammar & amp Risinger (1994)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos – neogaeus complexo Dawley, Schultz & amp Goddard (1987), Goddard & amp Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides complexo Alves et al. (1998)
Subfamília Schizothoracinae Mazik et al. (1989)
Esquizotórax spp. Mazik et al. (1989)
Sinociclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Ornitorrinco Yu et al. (1987), Mazik et al. (1989)
Ciprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet & amp Evenson (1991)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf e amp Thorgaard (1984)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey e Lakra (1997)
Heteropneustes fossilis Pandian & amp Koteeswaran (1999)

Dada a importância da poliploidia (especialmente alopoliploidia) na especiação de plantas (Leitch & amp Bennett, 1997), também é notável que ordens de peixes que são conhecidas por incluir formas poliploides também estão, em geral, entre as mais ricas em espécies (por exemplo , os Perciformes, com 9293 espécies, e os Cypriniformes, com 2662 espécies). Na verdade, de 24 618 espécies de peixes existentes em 57 ordens, a maioria (63%) se enquadra nas nove ordens conhecidas por incluir poliploides. No entanto, deve-se ter cuidado ao tirar quaisquer conclusões desses dados.Primeiro, porque não é verdade que todas as espécies dentro desses táxons são poliploides e, segundo, porque esse padrão pode simplesmente refletir o fato de que a poliploidia tem mais probabilidade de ser identificada em grupos ricos em espécies. No entanto, nas farpas ricas em espécies (ver abaixo), a poliploidia, incluindo a alopoliploidia, parece ter desempenhado um papel na especiação (Machordom & amp Doadrio, 2001). A possível relação entre poliploidia e especiação merece mais atenção. Em particular, os Characiformes (1343 espécies), que estão intimamente relacionados aos Cypriniformes e Siluriformes, ambos os quais são conhecidos por incluir formas poliplóides, podem ser dignos de investigação.

Outro padrão filogenético notável diz respeito à distribuição de ordens poliplóides em relação à hibridização. Lagier et al. (1977) afirmou que os híbridos são conhecidos em 56 famílias de peixes, e são mais comuns entre Salmonidae (Salmoniformes), Esocidae (Esociformes), Cyprinidae (Cypriniformes), Catostomidae (Cypriniformes), Centrarchidae (Perciformes) e Percidae (Perciformes). A congruência entre esta lista e as ordens identificadas como incluindo poliploides na Figura 1 sugere que a alopoliploidia pode ter sido o modo predominante de poliploidização em peixes.

Dentro dos táxons nos quais se sabe que ocorre a poliploidia, ela pode ter evoluído independentemente em mais de uma ocasião. Dentro dos Cyprinidae (a maior família de vertebrados, com a possível exceção de Gobiidae Nelson, 1994), o gênero Barbus destaca-se como altamente speciose, com mais de 800 espécies. A taxonomia deste grupo, e particularmente a das farpas africanas, é complicada, e um estudo recente usando dados do citocromo b gene mostrou que o grupo é polifilético (Tsigenopoulos et al., 2002). Três níveis de ploidia são conhecidos dentro Barbus: os diplóides, tetraplóides e hexaplóides (Tsigenopoulos et al., 2002). Machordom & amp Doadrio (2001) sugeriram que um mínimo de três eventos de poliploidização ocorreram dentro do grupo, um envolvendo os tetraplóides sul-africanos, outro ocorrendo em um ancestral comum dos tetraplóides paleárticos e hexaplóides, e um terceiro nos hexaplóides (Fig. 2). Assim, a tetraploidia parece ter evoluído separadamente em duas ocasiões de um estado diplóide ancestral, enquanto os hexaploides parecem ser monofiléticos (Tsigenopoulos et al., 2002). Curiosamente, a presença de gêneros "estranhos" como grupos irmãos de alguns grupos monofiléticos dentro da filogenia sugere que os hexaploides podem ter se originado por meio de alopoliploidia (Machordom & amp Doadrio, 2001). Situação semelhante é conhecida nos Siluriformes (bagres), nos quais o ancestral comum dos gêneros Corydoras, Aspidoras e Brochis é inferida como poliplóide, com pelo menos duas poliploidizações secundárias (Oliveira et al., 1992, 1993). Interessantemente, Corydoras é muito mais especioso do que os outros dois gêneros, um fato que pode ser digno de uma investigação mais aprofundada (M. Reichard, com. pess.). Assim, além de evoluir várias vezes em ordens diferentes (Fig. 1), a poliploidia evoluiu várias vezes de forma independente em pelo menos dois grupos, e parece provável que outras instâncias ainda precisam ser descobertas.

Uma filogenia simplificada de farpas, mostrando as transições para tetraploidia e hexaploidia de um estado diplóide ancestral, com os gêneros "estrangeiros" Aulopyge e Varicorhinus. Adaptado de Machordom & amp Doadrio (2001).

Uma filogenia simplificada de farpas, mostrando as transições para tetraploidia e hexaploidia de um estado diplóide ancestral, com os gêneros "estrangeiros" Aulopyge e Varicorhinus. Adaptado de Machordom & amp Doadrio (2001).

As estratégias reprodutivas de peixes poliplóides também têm sido estudadas. Também dentro dos Cyprinidae, o peixinho ibérico, Leuciscus alburnoides, compreende um complexo de formas diplóides e poliplóides com variados modos de reprodução, incluindo a reprodução assexuada (Alves, Coelho & amp Collares-Pereira, 2001). Uma variedade de formas naturais de diferentes ploidias ocorrem, com a análise de alozimas mostrando que estas são baseadas nos genomas P, C e A (P = pirenaico, C = carolitertii A = ancestral desconhecido), incluindo diplóides (incluindo CA, AA e PA), triploides (CAA, CCA, PAA, PPA) e tetraploides (PPAA) (Carmona et al., 1997 Alves et al., 2001). Uma característica notável desse complexo interessante é que os genomas P e A são ciclicamente perdidos, adquiridos e substituídos por novos genomas. Excepcionalmente para complexos de vertebrados, há movimento bidirecional de genes entre híbridos diplóides e triplóides (Alves, Coelho & amp Collares-Pereira, 1998), e os machos são férteis e podem ter iniciado tetraploidização quando um espermatozóide clonal fertilizou um óvulo diplóide. Este caminho para a tetraploidia pode levar a uma nova espécie poliplóide de reprodução sexuada (Alves et al., 2001).

Um grupo altamente específico no qual a poliploidia não foi relatada são os Cichlidae. Os ciclídeos são caracterizados por rápida radiação adaptativa, com cerca de 500 espécies endêmicas no Lago Vitória, 700–1000 no Lago Malawi e 250 no Lago Tanganica (Turner, 1997). O que é particularmente impressionante sobre as espécies do Lago Vitória é que elas divergiram de um ancestral comum nos últimos 12.400 anos, quando se sabe que o lago estava seco (Johnson et al., 1996). Vários fatores foram sugeridos como explicações para essas taxas explosivas de especiação, incluindo comportamento, seleção sexual, plasticidade morfológica e morfologia trófica (Greenwood, 1991 Albertson et al., 1999 Barlow, 2000). Uma questão óbvia é se a alopoliploidia tem sido um fator na radiação adaptativa dos ciclídeos, como aconteceu nas farpas. No entanto, parece relativamente pouco ser conhecido sobre os cariótipos desses peixes e muito do trabalho genético existente se concentrou em sequências mitocondriais (Farias, Ortí & amp Meyer, 2000), embora existam estudos de sequências nucleares (por exemplo, Ono et al., 1993 Farias et al., 2000). A poliploidia pode ser induzida em ciclídeos por choques de frio e calor (Chourrot & amp Istkovich, 1983, em Don & amp Avtalion, 1986, 1988 Greenwood, 1991), e Greenwood (1991) sugeriu que a hibridização pode ser um fator na especiação de ciclídeos. Contra isso, porém, deve-se pesar o fato de que a poliploidia de ocorrência natural não é conhecida em ciclídeos, e que um estudo detalhado de nove espécies do Lago Malawi concluiu que a hibridização não foi um fator importante na radiação do bando de espécies (Albertson et al., 1999). Embora os ciclídeos sejam conhecidos por formar híbridos na natureza e no aquário, mesmo entre espécies distantemente relacionadas (Elder, Garrod & amp Whitehead, 1971 Loiselle, 1971), isso permanece pouco estudado (Barlow, 2000) e parece ter sido considerado principalmente como um fator complicador, ao invés de um processo que contribui para a especiação (ver, por exemplo, Nagl et al., 2001). Em um estudo dos genes de histocompatibilidade principal nuclear (MHC) de classe II, Ono et al. (1993) encontraram mais de duas sequências diferentes na maioria dos indivíduos e concluíram que algumas dessas sequências eram derivadas de loci diferentes (em vez de duplicação do genoma), porque os ciclídeos são considerados diplóides (Kornfield, 1984). No entanto, como acontece com a maioria das famílias multigênicas, os dados de MHC devem ser tratados com cautela, pois a presença de locos parálogos com homologia de sequência comparativamente forte pode complicar a identificação do alelo (Thorgaard et al., 2002). A sugestão de que a alopoliploidia pode estar envolvida na especiação de ciclídeos permanece especulativa, mas a citogenética dos Cichlidae, como a dos Characiformes, merece um exame mais aprofundado.


Conteúdo

A consanguinidade (ou seja, a reprodução entre indivíduos intimamente relacionados) resulta em características mais recessivas que se manifestam, pois os genomas dos pares são mais semelhantes. Traços recessivos só podem ocorrer em uma prole se estiverem presentes no genoma de ambos os pais. Quanto mais geneticamente semelhantes os pais são, mais freqüentemente os traços recessivos aparecem em seus descendentes. Conseqüentemente, quanto mais parente próximo for o par reprodutor, mais homozigotos e genes deletérios a prole pode ter, resultando em indivíduos muito inadequados. Para alelos que conferem uma vantagem no estado heterozigoto e / ou homozigoto-dominante, a adequação do estado homozigoto-recessivo pode até ser zero (significando prole estéril ou inviável).

Um exemplo de depressão por endogamia é mostrado à direita. Nesse caso, uma é o alelo recessivo que tem efeitos negativos. Para que o uma fenótipo para se tornar ativo, o gene deve terminar como homozigoto aa porque no geneótipo Auma, o A assume o domínio sobre o uma e a uma não tem nenhum efeito. Devido à sua expressão fenotípica reduzida e sua consequente seleção reduzida, os genes recessivos são, na maioria das vezes, fenótipos prejudiciais, fazendo com que o organismo seja menos adaptado ao seu ambiente natural.

Outro mecanismo responsável pela depressão por endogamia é a vantagem de aptidão da heterozigosidade, que é conhecida como superdominância. Isso pode levar à redução da aptidão de uma população com muitos genótipos homozigotos, mesmo que eles não sejam deletérios ou recessivos. Aqui, mesmo os alelos dominantes resultam em aptidão reduzida se presentes homozigotos (ver também vigor híbrido).

Atualmente, não se sabe qual dos dois mecanismos é mais prevalente na natureza. Para aplicações práticas, por ex. na criação de gado, o primeiro é considerado mais significativo - pode produzir descendentes completamente inviáveis ​​(significando falha total de um pedigree), enquanto o último só pode resultar em aptidão relativamente reduzida.

A seleção natural não pode remover com eficácia todos os genes recessivos deletérios de uma população por várias razões. Primeiro, genes deletérios surgem constantemente por meio de mutações dentro de uma população. Em segundo lugar, em uma população onde a consanguinidade ocorre com frequência, a maioria dos descendentes terá alguns traços deletérios, então poucos serão mais aptos para a sobrevivência do que os outros. Diferentes traços deletérios são extremamente improváveis ​​de afetar igualmente a reprodução - um traço recessivo especialmente desvantajoso expresso em um indivíduo homozigoto recessivo provavelmente se auto-elimina, limitando naturalmente a expressão de seu fenótipo. Terceiro, os alelos deletérios recessivos serão "mascarados" pela heterozigosidade e, portanto, em um traço recessivo dominante, os heterozigotos não serão selecionados contra.

Quando alelos deletérios recessivos ocorrem no estado heterozigoto, onde sua expressão potencialmente deletéria é mascarada pelo alelo de tipo selvagem correspondente, esse fenômeno de mascaramento é referido como complementação (ver complementação (genética)).

Em geral, a reprodução sexuada em eucariotos tem dois aspectos fundamentais: recombinação genética durante a meiose e cruzamento. Foi proposto que esses dois aspectos têm duas vantagens seletivas naturais, respectivamente. Uma vantagem adaptativa proposta da meiose é que ela facilita o reparo recombinacional de danos ao DNA que de outra forma seriam difíceis de reparar (ver reparo do DNA como a vantagem adaptativa da meiose). Uma vantagem adaptativa proposta do cruzamento cruzado é a complementação, que é o mascaramento de alelos recessivos deletérios [3] [4] (ver vigor híbrido ou heterose). A vantagem seletiva da complementação pode ser amplamente responsável pela evitação geral da endogamia (ver reconhecimento de parentesco).

A introdução de alelos de uma população diferente pode reverter a depressão por endogamia. Diferentes populações da mesma espécie têm diferentes características deletérias e, portanto, seus cruzamentos não resultarão em homozigosidade na maioria dos loci da prole. Isso é conhecido como aprimoramento da endogamia, praticado por administradores de conservação e criadores de zoológicos em cativeiro para prevenir a homozigosidade.

No entanto, a mistura de duas populações diferentes pode dar origem a características poligênicas impróprias na depressão por exogamia (ou seja, produzir descendentes que carecem de adaptações genéticas a condições ambientais específicas). Estes, então, terão uma aptidão reduzida do que os indivíduos de raça pura de uma subespécie particular que se adaptou ao seu ambiente local.

Os efeitos biológicos da depressão por endogamia em humanos são amplamente obscurecidos por influências socioeconômicas e culturais no comportamento reprodutivo. [5] Estudos em populações humanas mostraram que a idade no casamento, duração do casamento, analfabetismo, uso de anticoncepcionais e compensação reprodutiva são os principais determinantes da fertilidade aparente, mesmo entre populações com uma alta proporção de uniões consanguíneas. [6] No entanto, vários pequenos efeitos no aumento da mortalidade, [7] intervalos entre nascimentos mais longos [7] e redução da produtividade geral [5] foram observados em certas populações isoladas.

Charles Darwin foi um dos primeiros cientistas a demonstrar os efeitos da depressão por endogamia, por meio de vários experimentos em plantas. A esposa de Darwin, Emma, ​​era sua prima em primeiro grau, e ele estava preocupado com o impacto da endogamia em seus dez filhos, três dos quais morreram aos dez anos ou menos; três outros tiveram casamentos de longo prazo sem filhos. [8] [9] [10]

Embora se tenha verificado que a depressão por endogamia ocorre em quase todas as espécies suficientemente estudadas, alguns taxa, mais notavelmente algumas angiospermas, parecem sofrer menores custos de adaptação do que outros em populações endogâmicas. [11] Três mecanismos parecem ser responsáveis ​​por isso: purga, diferenças na ploidia e seleção para heterozigosidade. [11] Deve-se advertir que alguns estudos que não mostram uma ausência de depressão por endogamia em certas espécies podem surgir de pequenos tamanhos de amostra ou onde o grupo de controle supostamente não consanguíneo já está sofrendo de depressão por endogamia, que freqüentemente ocorre em populações que sofreram uma recente gargalos, como os do rato-toupeira pelado. [11] [12]

Seleção de purga Editar

A seleção purgativa ocorre onde os fenótipos de alelos recessivos deletérios são expostos através da endogamia e, portanto, podem ser selecionados contra. Isso pode levar a que tais mutações prejudiciais sejam removidas da população e foi demonstrado que ocorrem rapidamente onde os alelos recessivos têm um efeito letal. [11] A eficiência da purga dependerá da relação entre a magnitude do efeito deletério que é desmascarado nos homozigotos e a importância da deriva genética, de modo que a purga é mais fraca para alelos não letais do que recessivos letais. [13] Para populações muito pequenas, a deriva tem uma forte influência, que pode causar a fixação de alelos subletais sob seleção fraca. [11] A fixação de um único alelo para um gene específico também pode reduzir a aptidão onde a vantagem do heterozigoto estava previamente presente (ou seja, onde os indivíduos heterozigotos têm maior aptidão do que os homozigotos de qualquer alelo), embora este fenômeno pareça fazer uma contribuição geralmente pequena para depressão por endogamia. Embora ocorra naturalmente, a purga pode ser importante para a sobrevivência da população, tentar deliberadamente purgar mutações deletérias de uma população não é geralmente recomendado como uma técnica para melhorar a aptidão de animais criados em cativeiro. [14] [15] [16] Em plantas, a carga genética pode ser avaliada por meio de um teste análogo a um teste de depressão por endogamia denominado teste de depressão Autogamia.

Edição de Poliploidia

Muitas angiospermas (plantas com flores) podem se autofecundar por várias gerações e sofrem pouco de depressão por endogamia. Isso é muito útil para espécies que se dispersam amplamente e podem, portanto, encontrar-se crescendo em um ambiente novo sem nenhum co-específico presente. [11] A poliploidia (tendo mais de dois conjuntos emparelhados de cada cromossomo), que é prevalente em angiospermas, samambaias e alguns táxons animais selecionados, é responsável por isso. Por ter várias cópias de um cromossomo, ao contrário de dois, é menos provável que a homozigosidade ocorra em descendentes consanguíneos. Isso significa que os alelos deletérios recessivos não são expressos com tanta frequência quanto com muitas cópias de um cromossomo, é mais provável que pelo menos um contenha um alelo funcional. [11]

Seleção para edição de heterozigosidade

A depressão por endogamia também foi encontrada para ocorrer mais gradualmente do que o previsto em algumas populações selvagens, como na população altamente consanguínea de lobos escandinavos. Isso parece ser devido a uma pressão de seleção para indivíduos mais heterozigotos, que geralmente estão em melhores condições e, portanto, têm maior probabilidade de se tornar um dos poucos animais a se reproduzir e produzir descendentes. [17]


Especiação

A definição biológica de espécie, que funciona para organismos que se reproduzem sexualmente, é um grupo de indivíduos real ou potencialmente intercruzados. De acordo com essa definição, uma espécie se distingue de outra pela possibilidade de cruzamentos entre indivíduos de cada espécie para produzir descendentes férteis. Existem exceções à esta regra. Muitas espécies são semelhantes o suficiente para que uma descendência híbrida seja possível e pode ocorrer com frequência na natureza, mas para a maioria das espécies essa regra geralmente é válida. Na verdade, a presença de híbridos entre espécies semelhantes sugere que eles podem ter descendido de uma única espécie de cruzamento e que o processo de especiação pode ainda não estar concluído.

Dada a extraordinária diversidade da vida no planeta, deve haver mecanismos para especiação: a formação de duas espécies a partir de uma espécie original. Darwin imaginou este processo como um evento ramificado e diagramado o processo na única ilustração encontrada em No Origem das especies ([ligação]uma) Para que ocorra a especiação, duas novas populações devem ser formadas a partir de uma população original e devem evoluir de tal forma que seja impossível para os indivíduos das duas novas populações cruzarem. Os biólogos propuseram mecanismos pelos quais isso poderia ocorrer que se enquadram em duas grandes categorias. Especiação alopátrica, que significa especiação em “outras terras natais”, envolve uma separação geográfica das populações de uma espécie-mãe e evolução subsequente. Especiação simpátrica, que significa especiação na "mesma pátria", envolve a especiação que ocorre dentro de uma espécie parental, enquanto permanece em um local.

Os biólogos pensam nos eventos de especiação como a divisão de uma espécie ancestral em duas espécies descendentes. Não há razão para que não haja mais de duas espécies formadas ao mesmo tempo, exceto que é menos provável e tais eventos múltiplos também podem ser conceituados como divisões únicas ocorrendo perto do tempo.

Especiação por Separação Geográfica

Uma população geograficamente contínua possui um pool genético relativamente homogêneo. O fluxo gênico, o movimento de alelos em toda a extensão da espécie, é relativamente livre porque os indivíduos podem se mover e depois acasalar com indivíduos em sua nova localização. Assim, a frequência de um alelo em uma extremidade de uma distribuição será semelhante à frequência do alelo na outra extremidade. Quando as populações se tornam geograficamente descontínuas, esse fluxo livre de alelos é impedido. Quando essa separação dura um período de tempo, as duas populações são capazes de evoluir ao longo de trajetórias diferentes.Assim, suas frequências de alelos em vários loci genéticos tornam-se gradualmente mais e mais diferentes à medida que novos alelos surgem independentemente por mutação em cada população. Normalmente, as condições ambientais, como clima, recursos, predadores e competidores, para as duas populações serão diferentes, fazendo com que a seleção natural favoreça adaptações divergentes em cada grupo. Diferentes histórias de deriva genética, aumentadas porque as populações são menores do que a população original, também levarão à divergência.

Dado o tempo suficiente, a divergência genética e fenotípica entre as populações provavelmente afetará os caracteres que influenciam a reprodução o suficiente para que, se fossem indivíduos das duas populações reunidas, o acasalamento seria menos provável, ou se um acasalamento ocorresse, a prole seria inviável ou infértil. Muitos tipos de caracteres divergentes podem afetar o isolamento reprodutivo (incapacidade de cruzar) das duas populações. Esses mecanismos de isolamento reprodutivo podem ser divididos em mecanismos pré-zigóticos (aqueles que operam antes da fertilização) e mecanismos pós-zigóticos (aqueles que operam após a fertilização). Os mecanismos pré-zigóticos incluem características que permitem que os indivíduos se encontrem, como o momento do acasalamento, sensibilidade a feromônios ou escolha dos locais de acasalamento. Se os indivíduos são capazes de se encontrar, a divergência de caráter pode impedir que os rituais de namoro levem a um acasalamento, seja porque as preferências femininas mudaram ou os comportamentos masculinos mudaram. Mudanças fisiológicas podem interferir no sucesso da fertilização se o acasalamento puder ocorrer. Os mecanismos pós-zigóticos incluem incompatibilidades genéticas que impedem o desenvolvimento adequado da prole, ou se a prole viver, eles podem ser incapazes de produzir gametas viáveis ​​como no exemplo da mula, a prole infértil de uma égua e de um burro.

Se as duas populações isoladas forem reunidas novamente e a prole híbrida que se formou a partir de acasalamentos entre os indivíduos das duas populações tiver menor sobrevivência ou fertilidade reduzida, a seleção favorecerá os indivíduos que são capazes de discriminar entre parceiros potenciais de sua própria população e os outros população. Esta seleção aumentará o isolamento reprodutivo.

O isolamento de populações que levam à especiação alopátrica pode ocorrer de várias maneiras: a partir de um rio formando um novo braço, erosão formando um novo vale ou um grupo de organismos viajando para um novo local sem a capacidade de retornar, como sementes flutuando sobre o oceano para uma ilha. A natureza da separação geográfica necessária para isolar populações depende inteiramente da biologia do organismo e de seu potencial de dispersão. Se duas populações de insetos voadores fixassem residência em vales próximos separados, as chances são de que os indivíduos de cada população voariam para frente e para trás, continuando o fluxo gênico. No entanto, se duas populações de roedores se dividissem pela formação de um novo lago, o fluxo gênico continuado seria improvável, portanto, a especiação seria mais provável.

Os biólogos agrupam os processos alopátricos em duas categorias. Se alguns membros de uma espécie mudam para uma nova área geográfica, isso é chamado dispersão. Se surge uma situação natural para dividir fisicamente os organismos, isso é chamado vicariação.

Os cientistas documentaram numerosos casos de especiação alopátrica ocorrendo. Por exemplo, ao longo da costa oeste dos Estados Unidos, existem duas subespécies separadas de corujas-pintadas. A coruja-pintada do norte tem diferenças genéticas e fenotípicas de seu parente próximo, a coruja-pintada mexicana, que vive no sul ([link]). A causa de sua separação inicial não é clara, mas pode ter sido causada pelas geleiras da era do gelo, dividindo uma população inicial em duas. 1

Além disso, os cientistas descobriram que quanto maior a distância entre dois grupos que já foram da mesma espécie, maior a probabilidade de ocorrer especiação. Isso parece lógico porque, à medida que a distância aumenta, os vários fatores ambientais provavelmente teriam menos em comum do que os locais próximos. Considere as duas corujas no norte, o clima é mais frio do que no sul os outros tipos de organismos em cada ecossistema diferem, assim como seus comportamentos e hábitos também, os hábitos de caça e escolhas de presas das corujas no sul variam do norte uns. Essas variações podem levar a diferenças evoluídas nas corujas e, ao longo do tempo, provavelmente ocorrerá a especiação, a menos que o fluxo gênico entre as populações seja restaurado.

Em alguns casos, a população de uma espécie se dispersa em uma área e cada uma encontra um nicho distinto ou habitat isolado. Com o tempo, as variadas demandas de seus novos estilos de vida levam a múltiplos eventos de especiação originados de uma única espécie, que é chamada de radiação adaptativa. De um ponto de origem, muitas adaptações evoluem fazendo com que as espécies se irradiem para várias novas. Arquipélagos insulares como as ilhas havaianas fornecem um contexto ideal para eventos de radiação adaptativa porque a água envolve cada ilha, o que leva ao isolamento geográfico de muitos organismos ([link]). A trepadeira de mel havaiana ilustra um exemplo de radiação adaptativa. De uma única espécie, chamada de espécie fundadora, várias espécies evoluíram, incluindo as oito mostradas em [link].

Observe as diferenças nos bicos das espécies em [link]. Mudança na variação genética para bicos em resposta à seleção natural com base em fontes de alimento específicas em cada novo habitat levou à evolução de um bico diferente adequado para a fonte de alimento específica. As aves comedoras de frutas e sementes têm bicos mais grossos e fortes, adequados para quebrar nozes duras. Os pássaros comedores de néctar têm bicos longos para mergulhar nas flores para alcançar o néctar. Os pássaros que se alimentam de insetos têm bicos como espadas, apropriados para esfaquear e empalar insetos. Os tentilhões de Darwin são outro exemplo bem estudado de radiação adaptativa em um arquipélago.

Clique neste site interativo para ver como os pássaros da ilha evoluíram. Clique para ver as imagens de cada espécie em incrementos evolutivos de cinco milhões de anos atrás até hoje.

Especiação sem Separação Geográfica

Pode ocorrer divergência se não houver barreiras físicas para separar os indivíduos que continuam a viver e se reproduzir no mesmo habitat? Vários mecanismos de especiação simpátrica foram propostos e estudados.

Uma forma de especiação simpátrica pode começar com um erro cromossômico durante a meiose ou a formação de um indivíduo híbrido com muitos cromossomos. A poliploidia é uma condição na qual uma célula, ou organismo, tem um conjunto extra, ou conjuntos, de cromossomos. Os cientistas identificaram dois tipos principais de poliploidia que podem levar ao isolamento reprodutivo de um indivíduo no estado poliploide. Em alguns casos, um indivíduo poliploide terá dois ou mais conjuntos completos de cromossomos de sua própria espécie em uma condição chamada autopoliploidia ([link]). O prefixo "auto" significa self, então o termo significa vários cromossomos da própria espécie. A poliploidia resulta de um erro na meiose em que todos os cromossomos se movem em uma célula em vez de se separarem.

Por exemplo, se uma espécie de planta com 2n = 6 produz gametas autopoliplóides que também são diplóides (2n = 6, quando deveriam ser n = 3), os gametas agora têm o dobro de cromossomos do que deveriam. Esses novos gametas serão incompatíveis com os gametas normais produzidos por esta espécie de planta. Mas eles podiam se autopolinizar ou se reproduzir com outras plantas autopoliplóides com gametas com o mesmo número diplóide. Desta forma, a especiação simpátrica pode ocorrer rapidamente pela formação de descendentes com 4n chamado de tetraplóide. Esses indivíduos seriam imediatamente capazes de se reproduzir apenas com aqueles dessa nova espécie e não com aqueles da espécie ancestral. A outra forma de poliploidia ocorre quando indivíduos de duas espécies diferentes se reproduzem para formar uma prole viável chamada alopoliploide. O prefixo “allo” significa “outro” (lembrar de alopátrico), portanto, um alopoliploide ocorre quando gametas de duas espécies diferentes se combinam. [link] ilustra uma maneira possível de formar uma alopoliploidia. Observe como leva duas gerações, ou dois atos reprodutivos, antes que os resultados híbridos férteis viáveis.

As formas cultivadas das plantas de trigo, algodão e tabaco são todas alopoliploides. Embora a poliploidia ocorra ocasionalmente em animais, a maioria das anormalidades cromossômicas em animais é letal; ocorre mais comumente em plantas. Os cientistas descobriram que mais de 1/2 de todas as espécies de plantas estudadas relacionam-se a espécies evoluídas por meio da poliploidia.

A especiação simpátrica também pode ocorrer de outras maneiras além da poliploidia. Por exemplo, imagine uma espécie de peixe que viveu em um lago. À medida que a população crescia, a competição por alimentos também aumentava. Sob pressão para encontrar alimento, suponha que um grupo desses peixes tivesse flexibilidade genética para descobrir e se alimentar de outro recurso não utilizado pelos outros peixes. E se essa nova fonte de alimento fosse encontrada em uma profundidade diferente do lago? Com o tempo, aqueles que se alimentam da segunda fonte de alimento interagiriam mais uns com os outros do que os outros peixes, portanto, eles se reproduziam juntos também. A prole desses peixes provavelmente se comportaria como seus pais e se alimentaria e viveria na mesma área, mantendo-os separados da população original. Se esse grupo de peixes continuasse separado da primeira população, eventualmente a especiação simpátrica poderia ocorrer à medida que mais diferenças genéticas se acumulassem entre eles.

Este cenário ocorre na natureza, assim como outros que levam ao isolamento reprodutivo. Um desses lugares é o Lago Vitória na África, famoso por sua especiação simpátrica de peixes ciclídeos. Os pesquisadores encontraram centenas de eventos de especiação simpátrica nesses peixes, que não só aconteceram em grande número, mas também em um curto período de tempo. [link] mostra este tipo de especiação entre uma população de peixes ciclídeos na Nicarágua. Neste local, dois tipos de ciclídeos vivem na mesma localização geográfica, no entanto, eles passaram a ter morfologias diferentes que lhes permitem comer várias fontes de alimento.

Finalmente, um exemplo bem documentado de especiação simpátrica em curso ocorreu na mosca da larva da maçã, Rhagoletis pomonella, que surgiu como uma população isolada em algum momento após a introdução da maçã na América do Norte. A população nativa de moscas se alimenta de espécies de espinheiro-alvar e é específica do hospedeiro: infesta apenas árvores de espinheiro. É importante ressaltar que ele também usa as árvores como um local de encontro para o acasalamento. A hipótese é que, por mutação ou erro comportamental, as moscas saltaram sobre os hospedeiros e se encontraram e acasalaram em macieiras, posteriormente colocando seus ovos em frutos de maçã. A prole amadureceu e manteve sua preferência pelas macieiras, dividindo efetivamente a população original em duas novas populações separadas por espécies hospedeiras, não por geografia. O salto do hospedeiro ocorreu no século XIX, mas agora existem diferenças mensuráveis ​​entre as duas populações de mosca. Parece provável que a especificidade dos parasitas pelo hospedeiro em geral seja uma causa comum de especiação simpátrica.

Resumo da Seção

A especiação ocorre ao longo de duas vias principais: separação geográfica (especiação alopátrica) e por meio de mecanismos que ocorrem dentro de um habitat compartilhado (especiação simpátrica). Ambas as vias forçam o isolamento reprodutivo entre as populações. A especiação simpátrica pode ocorrer por meio de erros na meiose que formam gametas com cromossomos extras, chamados de poliploidia. A autopoliploidia ocorre dentro de uma única espécie, enquanto a alopoliploidia ocorre devido a um acasalamento entre espécies intimamente relacionadas. Uma vez que as populações são isoladas, a divergência evolutiva pode ocorrer levando à evolução de características de isolamento reprodutivo que impedem o cruzamento caso as duas populações se juntem novamente. Espera-se que a viabilidade reduzida da prole híbrida após um período de isolamento selecione mecanismos de isolamento inerentes mais fortes.


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