Transcriptômica comparada para entender adaptações a ambientes de altitude em anuros da América do Sul

Abstract

A altitude promove diversas mudanças ambientais com relação à disponibilidade de oxigênio, incidência de luz solar e temperatura. Diferentes adaptações são vistas em vários animais de altitude, inclusive anuros, para sobrevivência neste ambiente, incluindo alterações em vias metabólicas fisiologicamente relevantes, parâmetros hematológicos e modificações nas propriedades funcionais da hemoglobina, como o aumento da afinidade ao oxigênio. Neste trabalho, procuramos verificar a presença de adaptações fisiológicas a partir da análise do transcriptoma do fígado de quatro espécies de anuros que ocorrem em diferentes faixas de altitude. Foram utilizados dados públicos de sequenciamento de RNA (RNA-seq) de 4 espécies de anuros, disponíveis através do bioprojeto de código PRJNA625657, no Sequence Read Archive (SRA) do National Center for Biotechnology Information (NCBI), pertencentes a duas famílias e diferentes faixas altitudinais: duas espécies de Hylidae que ocorrem entre 0 e 500 metros (Sphaenorhynchus lacteus e Pseudis minuta) e duas espécies de Centrolenidae que residem entre 1.100 e 2.800 metros (Chimerella mariaelenae e Nymphargus posadae). A partir dos dados, executamos análises de qualidade, pré-processamento e geração de referências para as espécies. Com os transcriptomas de fígados gerados pelas leituras foi possível quantificar a expressão gênica e executar uma análise de expressão diferencial, verificando vias ativas e suprimidas, e selecionar sequências de hemoglobinas para avaliação da sequência proteica. As sequências de hemoglobina alfa demonstraram uma substituição de aminoácido na posição 131 de Serina em Xenopus tropicalis para Alanina nas sequências alfa mais expressas de espécies de altitude e em uma sequência com níveis parecidos de expressão da hemoglobina alfa adulta para P. minuta. A análise de expressão diferencial não identificou genes diferencialmente expressos entre os grupos altitudinais, porém a análise exploratória demonstrou padrões para as espécies de alta altitude, como maior expressão de enzimas glicolíticas, incluindo a fosfofrutoquinase, glicoquinase e a subunidade A da lactato desidrogenase, enquanto a subunidade lactato desidrogenase B foi extremamente suprimida. Concomitante a isso, no grupo de altitude as vias do complexo piruvato desidrogenase, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa se mostraram globalmente inibidas. O metabolismo da glutationa se apresentou regulado positivamente nas espécies que habitam maiores altitudes para as enzimas glutationa peroxidase, redutase e S-transferases, com redução nas enzimas relacionadas à via de síntese da glutationa. Nosso trabalho indica possíveis adaptações de anuros à altitude, através da substituição de aminoácidos na sequência da subunidade alfa da hemoglobina, além de padrões sugestivos de metabolismo anaeróbico e hipometabólico, com aumento das defesas antioxidantes.