Pesquisa altera cor da pelagem do gado para melhor tolerância ao calor

Descobriu-se que a edição do genoma é uma ferramenta valiosa para clarear a cor do pelo, proporcionando uma melhor adaptação do gado leiteiro às condições climáticas que estão em constante mudança. 

Estas são as conclusões de pesquisadores do AgResearch Center na Nova Zelândia. O gado leiteiro Holstein Friesian – popularmente conhecido como Gado Holandês no Brasil –  de alta produção, tem uma pelagem preta e branca característica, muitas vezes com grandes proporções de preto. Comparado a uma pelagem clara, o preto absorve mais radiação solar, traduzindo-se em ganho de calor radiativo, que é um fator que contribui para o estresse térmico em bovinos, afetando negativamente seus níveis de produção, fertilidade e bem-estar.

A edição do genoma teve como alvo o gene da proteína pré-melanossomal 17 (PMEL). A PMEL é uma proteína de membrana que se expressa exclusivamente em células pigmentadas, onde está envolvida na maturação dos melanossomas e na deposição e polimerização de pigmentos nestas organelas. Mutações na PMEL estão associadas à diluição do pigmento preto em várias espécies, mas são encontradas em diferentes partes da proteína.

Em seu estudo, os pesquisadores afirmaram que, em diferentes espécies, as mutações PMEL mostraram ser responsáveis pelos efeitos de diluição da cor. Por exemplo, eles disseram que uma deleção de um códon de leucina no peptídeo sinal (p.Leu18del) de PMEL segrega no gado Highland, Galloway e Tuli e foi proposto como uma mutação causadora dos efeitos da cor da pelagem. “Embora o papel desta variante não tenha sido funcionalmente confirmado, seus impactos propostos na cor da pelagem a tornam uma excelente candidata para introgressão em gado leiteiro Holstein Friesian para reduzir o ganho de calor radiativo e melhorar a tolerância geral ao calor”, disseram os pesquisadores.

Bezerros geneticamente modificados 

Neste estudo, os pesquisadores usaram a introgressão mediada por gRNA/Cas9 da mutação natural p.Leu18del no gene PMEL, conhecido de gado Galloway e Highland, em gado Holstein Friesian. Usando a edição mediada por gRNA/Cas9, eles introduziram uma deleção de 3 pares de bases no gene PMEL proposto como a variante causadora responsável pelo fenótipo de diluição de cor semi-dominante visto em gado Galloway e Highland.

Os bezerros homozigotos para a mutação PMEL exibiram uma diluição de cor distinta para um cinza prateado das marcas de pelagem preta nos bezerros de controle. Eles usaram um método de clonagem para criar embriões definidos para serem geneticamente modificados e aplicaram a mediação gRNA/Cas9, a ferramenta CRISPR, para mutar o gene PMEL. Após 7 dias de cultivo in vitro, embriões únicos foram transferidos não cirurgicamente para vacas receptoras sincronizadas para desenvolvimento.

Para determinar o impacto fenotípico da mutação PMEL, eles usaram a transferência nuclear de células somáticas para gerar bezerros com células doadoras do clone de células bialélicas CC14 e da linhagem celular WT parental BEF2. Após a transferência de embriões reconstruídos, um total de 7 gestações foram detectadas no dia 37 de gestação.

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Para cada genótipo, uma gestação falhou, resultando no nascimento de 2 bezerros mutantes PMEL e 3 bezerros controle. Assim que os 2 bezerros nasceram, a equipe confirmou que o que deveriam ser marcas pretas eram cinza prateado – e as áreas brancas permaneceram inalteradas.

Pelagem e cor da pele

Bezerros gerados a partir de células homozigotas para a mutação editada revelaram um forte efeito de diluição de cor.

Em vez do padrão de cor da pelagem preto e branco característico de bezerros de controle gerados a partir de células parentais não editadas, os bezerros que foram geneticamente modificados exibiram um novo padrão de marcações cinza e branca e ausência de quaisquer áreas pretas. Isso, pela primeira vez, verificou a natureza de causa da mutação PMEL para diluir a cor da pelagem preta em bovinos.

Além disso, os cientistas afirmaram que não havia apenas uma diluição geral da cor das manchas pretas, mas uma diferença marcante na distribuição e padronização das manchas escuras e brancas. “O bezerro mutante PMEL tinha uma área total maior de manchas brancas e um rosto branco característico em comparação com os bezerros de controle que eram predominantemente pretos com um rosto preto e um formato de diamante branco na testa”, disseram eles.

Para quantificar o efeito de diluição da cor causado pela mutação PMEL, as medições colorimétricas do cabelo e da cor da pele subjacente foram tomadas dos 3 bezerros de controle e do bezerro PMEL viável. A característica medida foi a luminosidade da cor expressa em valor L* de acordo com o esquema de cores CIELab, que define a luminosidade do branco como 100 e do preto como zero.

A tonalidade da cor do pelo branco do bezerro PMEL foi semelhante aos bezerros controle. Em contraste, a tonalidade do pelo escuro apresentou maior valor de luminosidade para o bezerro PMEL (L*=53,8) comparado aos 3 bezerros WT controle (L*=16,8, 20,5 e 16,5).

Para avaliar quaisquer alterações associadas na pigmentação da pele subjacente, a luminosidade foi medida para a pele abaixo das marcas da pelagem branca e escura. A cor da pele abaixo do pelo mostrou uma tendência semelhante à cor do pelo.

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Figura – Efeito da diluição da cor na cor do pelo e da pele dos bezerros com os genes editados (PMEL: bezerro editado para a mutação p.Leu18del PMEL); e bezerros controle 

Preocupações com segurança, rastreabilidade e ética

Estudos mostram que a avaliação de segurança e rastreabilidade de produtos derivados de gado transgênico e geneticamente modificado pode ser complexa.

Em um estudo, pesquisadores da Universidade de Wageningen declararam duas limitações principais da edição de genes: em primeiro lugar, como as modificações podem ser menores, pode não ser possível distinguir essas alterações genéticas de alterações semelhantes nos genomas de animais que podem ocorrer naturalmente ao longo do tempo. Em segundo lugar, como esses animais podem não estar sujeitos a sistemas de aprovação em diferentes partes do mundo, os detalhes das modificações genéticas podem não ser compartilhados em bancos de dados comuns, prejudicando severamente as opções de rastreabilidade efetiva das respectivas linhagens e raças animais e afins. produtos em outros países onde a rastreabilidade seria um requisito.

Acrescentaram que, além das questões éticas, a engenharia genética traz consigo preocupações sobre propriedade intelectual e patenteamento de animais criados e/ou as técnicas utilizadas para criá-los.

Modelo para estudar a tolerância ao calor

De acordo com os cientistas que usam a edição do genoma para clarear a cor do pelo e da pelagem, este é o primeiro exemplo que confirmou funcionalmente o status causador de uma mutação para um fenótipo de cor da pelagem em bovinos. “O genótipo editado agora representa um modelo valioso para estudar os impactos na tolerância ao calor e determinar quaisquer efeitos potenciais que possa ter no desempenho reprodutivo, nas características de produção de leite e na resiliência a doenças associadas à exposição à luz solar”.

Eles acrescentaram: “Embora tenhamos demonstrado isso para uma raça leiteira, a estratégia pode ser prontamente aplicada a raças de corte, como Black Angus. No geral, nosso estudo exemplificou e validou a edição do genoma como uma nova abordagem promissora para a rápida adaptação do gado às mudanças nas condições ambientais”.

As informações são do Dairy Global, traduzidas e adaptadas pela equipe MilkPoint. 
 

Referências
Este artigo baseia-se no artigo original de G. Laible, S.-A. Cole, B. Brophy, J. Wei, S. Leath, S. Jivanji, M.D. Littlejohn e D.N. Wells. 2021. Gado leiteiro Holstein Friesian editado para cor de pelagem diluída como uma potencial adaptação às mudanças climáticas. BMC Genomics 22:856. https://doi.org/10.1186/s12864-021-08175-z