A base molecular das adaptações visuais nos genes das opsinas de Anableps anableps e Phreatobius cisternarum através da análise de transcriptoma

Embora os olhos de vertebrados compartilhem a mesma organização geral, muitas espécies desenvolveram especializações que melhoram sua percepção visual do ambiente. Essas especializações são frequentemente refletidas em uma variedade de adaptações visuais que envolvem mudanças na sensibilidade visual, que por sua vez podem ser moduladas pela variação no número de fotorreceptores, pela alteração dos pigmentos visuais ou pela combinação de ambos os mecanismos. No caso das mudanças adaptativas nos pigmentos, estes podem ocorrer devido a diferenças estruturais, no padrão de expressão e no tamanho do repertório dos genes da família das opsinas. No entanto, muito pouco se sabe sobre mudanças adaptativas em pigmentos para ambientes aquáticos com luminosidade diferente. Esta investigação tem por finalidade avaliar a base molecular das adaptações visuais nos genes das opsinas de Anableps anableps e Phreatobius cisternarum, espécies de ambientes de luminosidade diferentes, a primeira de um ambiente de superfície e a segunda de um habitat subterrâneo, através da análise de transcriptoma. Esta investigação compreende dois capítulos. O primeiro capítulo aborda o estudo da espécie Anableps anableps. Combinamos as análises de RNA-Seq e hibridização in situ do tecido do olho desta espécie para entender as adaptações visuais ao ambiente aéreo-aquático. O RNA-Seq do olho exibiu um repertório de 20 genes de opsinas não visuais, o que reflete a heterogeneidade ambiental na qual a espécie vive. Assim mesmo, as análises comparativas nas sequências codificantes da proteína das opsinas permitiram a identificação de seis opsinas apresentando os típicos motivos de aminoácidos do tipo C e nove do Grupo 4, conservadas entre si. Estudos por hibridização in situ na retina mostraram expressão assimétrica destas opsinas não visuais nos diferentes estágios, assim como durante o desenvolvimento ocular da espécie. O segundo capítulo apresenta o estudo da espécie Phreatobius cisternarum. Combinamos análises histológicas, moleculares e de RNA-Seq para entender as adaptações visuais e sensoriais ao ambiente de lençol freático de P. cisternarum. O RNA-Seq da cabeça de P. cisternarum revelou repertório de onze genes de opsinas, 3 opsinas visuais e 8 opsinas não visuais. Duas opsinas visuais, rh1e lws, apresentaram substituições de aminoácidos que potencialmente contribuíram para o deslocamento vermelho e azul, respectivamente. Nossa análise histológica mostrou a presença de retina rudimentar e a análise de RNA-Seq identificou a expressão de 38 genes de cristalino e 51 genes relacionados ao epitélio pigmentado da retina (RPE), indicando que os olhos reduzidos de P. cisternarum retiveram algumas estruturas do cristalino. A expressão extraretiniana de opn4m3 está possivelmente associada à regulação do relógio periférico. Além disso, a presença de potenciais pseudogenes de opsinas seria regulada por uma pequena retina exposta a um ambiente de baixa luminosidade. Os capítulos introduzem e fornecem uma visão geral da investigação de substituições de aminoácidos de opsinas, alterações nos padrões de expressão e no tamanho do repertório de opsinas (duplicação e pseudogeneização), e como eles poderiam contribuir na mudança da sensibilidade espectral e finalmente na adaptação visual das espécies A. anableps e P. cisternarum a seu ambiente peculiar. O presente estudo fornece a primeira evidência para o entendimento da base molecular adaptativa nos genes das opsinas a ambientes subterrâneos e aéreo-aquático, nas espécies P. cisternarum e A. anableps.