Os dragões barbados possuem um sistema de determinação sexual incomum, influenciado tanto por fatores genéticos quanto ambientais, especificamente a temperatura. Ao contrário da maioria dos animais, em que o sexo é determinado exclusivamente pelos cromossomos, os dragões barbados podem ter seu sexo revertido de macho para fêmea em altas temperaturas de incubação. Isso significa que um lagarto com cromossomos masculinos pode se desenvolver em uma fêmea reprodutivamente funcional se o ovo for incubado a uma temperatura suficientemente alta.

Como aves e muitos répteis, esta espécie possui um sistema de cromossomos sexuais ZZ/ZW, onde as fêmeas têm um par de cromossomos ZW desiguais e os machos têm dois cromossomos ZZ iguais. A determinação sexual nesta espécie é ainda mais complicada, pois machos genotípicos ZZ podem se transformar em fêmeas fenotípicas em altas temperaturas de incubação, sem a ajuda do cromossomo W ou de genes ligados ao W. A nova tecnologia de sequenciamento nanopore ultra-longa agora permite a geração de montagens telômero-a-telômero (T2T) dos cromossomos sexuais e a identificação das regiões não recombinantes para ajudar a restringir os candidatos a genes determinantes do sexo em espécies com determinação sexual cromossômica. A capacidade dessa tecnologia de separar melhor as metades materna e paterna do genoma agora permite comparações mais fáceis entre as sequências Z e W para avaliar potenciais perdas ou diferenças na função de candidatos a genes sexuais-chave.

O primeiro artigo, de pesquisadores do BGI, da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Zhejiang, utiliza leituras curtas DNBSEQ combinadas com leituras longas do novo sequenciador nanopore CycloneSEQ, sendo este o primeiro genoma animal publicado utilizando essa tecnologia. A geração do segundo genoma foi liderada por pesquisadores da Universidade de Canberra, com financiamento da Bioplatforms Australia, do Conselho Australiano de Pesquisa e do PacBio Singapore, contando também com contribuições de análises de pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália, do Instituto Garvan de Pesquisa Médica, da Universidade de Nova Gales do Sul e da CSIRO, além da Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) na Espanha. Esta montagem utiliza pacotes de sequenciamento PacBio HiFi, ONT ultra-longa e sequenciamento Hi-C. A publicação de genomas de referência utilizando essas duas tecnologias distintas permite pela primeira vez uma comparação direta entre as tecnologias ONT e CycloneSEQ. Ambas as tecnologias também se complementam ao investigar a questão da determinação sexual através de diferentes abordagens. O primeiro genoma sequenciou um dragão barbado central macho ZZ para caracterizar pela primeira vez todo o cromossomo sexual Z, enquanto o segundo montou o genoma de um indivíduo fêmea ZW. O novo sequenciador nanopore também permitiu a recuperação de cerca de 124 milhões de pares de bases de sequências anteriormente não descritas e ausentes (quase 7% do genoma), que incluíam numerosos genes e elementos reguladores para elucidAR melhor o complicado sistema de determinação sexual.

Ambos os projetos montaram assemblies de genoma de 1,75 Gbp de qualidade excepcionalmente alta, abrangendo quase todos os telômeros, e apenas algumas lacunas permanecem, principalmente localizadas nos microcromossomos. A utilização desses dados mostrou que os cromossomos sexuais Z e W específicos foram montados em scaffolds únicos, e uma “região pseudo-autossômica” (PAR), onde os cromossomos sexuais se emparelham e recombinam, também foi detectada no cromossomo 16. O sequenciamento do dragão macho pela equipe do BGI buscou genes específicos do Z, mas não dos cromossomos W, e Amh e Amhr2 (o gene do hormônio anti-Müller e seu receptor) foram determinados como candidatos fortes para os genes determinantes do sexo nesta espécie. O sequenciamento do dragão fêmea pela equipe liderada pela Austrália indicou a mesma Região de Determinação Sexual (SDR) do genoma de seu dragão, e também destacou Amh e Amhr2 como os genes candidatos prováveis. O estudo da expressão em diferentes estágios de desenvolvimento revelou que Amh apresentava padrões significativos de expressão com viés masculino, tornando-o o candidato mais provável como o gene mestre determinante do sexo. A expressão diferencial de outro gene relacionado ao sexo Nr5a1 na PAR sugere que a narrativa pode ser mais complicada, uma vez que Nr5a1 codifica um fator de transcrição com locais de ligação na região do promotor de Amh. Ao contrário de muitos peixes que utilizam genes similares a Amh na determinação sexual, as cópias autossômicas de Amh e seu gene receptor Amhr2 permanecem intactas e funcionais. Pode ser que a determinação sexual seja mediada por algum tipo de colaboração entre genes nos cromossomos sexuais do dragão barbado, moderada pelas suas cópias autossômicas residuais.

O principal destaque dessas montagens é, portanto, a descoberta de elementos genéticos centrais para a diferenciação sexual masculina em vertebrados, nos cromossomos sexuais. Os genes Amh e sua proteína receptora AMHR2 foram copiados para o cromossomo Z na região não recombinante, sendo assim candidatos óbvios para o gene mestre da determinação sexual atuando por meio de um mecanismo baseado em dosagem nesta espécie, uma descoberta que eludiu identificação por tantos anos. Até hoje, nenhum gene mestre de determinação sexual, semelhante ao Sry em mamíferos ou Dmrt1 em aves, foi descoberto em qualquer espécie de réptil. Este novo trabalho fornece um candidato claro em Amh, que está presente em dose dupla no macho ZZ e em dose única na fêmea ZW.

Arthur Georges, da Universidade de Canberra e autor sênior do segundo artigo, comenta sobre a utilidade deste trabalho: “Antecipamos uma aceleração da pesquisa em outras áreas decorrente destas novas montagens disponíveis, como desenvolvimento craniano, desenvolvimento do cérebro, estudos comportamentais, interações gene-gene e gene-ambiente em estudos comparativos de determinação sexual vertebrada e em muitas outras áreas que buscam um modelo de escuamato bem suportado para comparar com suas espécies modelo, seja camundongo, humano ou ave.”

“Nunca deixo de me surpreender com a rapidez do progresso da ciência chinesa. Em relativamente poucos anos, o BGI e suas empresas parceiras desenvolveram tecnologias de sequenciamento que fornecem resultados tão bons, e com uma eficácia em termos de custo e rendimento superiores às tecnologias concorrentes disponíveis no mercado. Essas montagens genômicas são um testemunho desse nível de realização.”

Qiye Li, do BGI e autor sênior do primeiro artigo, explica sua razão para usar essa abordagem: “Decidimos começar a trabalhar no genoma do dragão barbado no ano passado como o primeiro genoma animal para esse novo sequenciador porque era o Ano do Dragão na China. Beneficiando-se das leituras longas imparciais fornecidas pelo sequenciador CycloneSEQ, obtivemos facilmente uma montagem genômica altamente contígua e resolvemos regiões altamente repetitivas e ricas em GC que eram tradicionalmente desafiadoras para montagem. Os dois genomas de referência, derivados de sexos opostos e gerados por diferentes tecnologias, são de fato complementares um ao outro. Estou empolgado que ambos os genomas indicam o papel fundamental da sinalização AMH na determinação sexual nesta espécie. Mas como os cromossomos sexuais surgiram? Antecipamos que genomas de alta qualidade de espécies relacionadas elucidem ainda mais a origem evolutiva do sistema ZW e completem a história.”

Ter dois projetos separados encontrando os mesmos genes mestres candidatos de forma independente aumenta significativamente a confiança nessas descobertas. E compartilhar abertamente todos os dados permite que outros construam sobre este trabalho, especialmente porque o papel exato de alguns dos outros fatores de transcrição relacionados à determinação sexual ainda não está plenamente resolvido. A geração dessas duas novas montagens de genoma de alta qualidade, no entanto, é um grande avanço em direção à compreensão completa da história da determinação sexual nesta espécie.

Um webinar com os dois autores principais está agendado para o dia 26 de agosto, às 10h00 UTC, e oferece uma oportunidade de fazer perguntas sobre este trabalho. Inscreva-se aqui para assistir e postar perguntas https://cassyni.com/events/SWHReTL1j8YPEvxnLsyKYq