Cientistas identificam o pangu como gene que determina o desenvolvimento masculino na carpa-comum

Um gene minúsculo controla uma importante decisão do desenvolvimento

Um gene que codifica um peptídeo de apenas 76 aminoácidos pode determinar se carpas-comuns desenvolvem testículos ou ovários, segundo pesquisa publicada na Science Advances. Batizado de pangu, ele está localizado em um trecho de 1.487 pares de bases de DNA no cromossomo Y. Sua inativação levou carpas geneticamente machos a desenvolver ovários; sua introdução em carpas geneticamente fêmeas fez com que desenvolvessem testículos.

A descoberta estabelece o primeiro gene mestre de determinação sexual validado experimentalmente na família Cyprinidae, um grupo numeroso e amplamente distribuído de peixes de água doce. As evidências mais robustas vêm de experimentos com carpas-comuns do Rio Amarelo, complementados por testes funcionais em carpas-vermelhas e carpas koi. O estudo não demonstra que todas as espécies da família usam o mesmo gene.

O professor Hu Wei, da Universidade Oceânica de Xangai, liderou a colaboração com o Instituto de Hidrobiologia da Academia Chinesa de Ciências e outras instituições. O trabalho foi resultado de mais de uma década de investigação. Os pesquisadores deram ao gene o nome de Pangu, o criador primordial da mitologia chinesa que separou o céu e a terra, em alusão ao papel do gene no início do desenvolvimento masculino.

O estudo publicado na Science Advances, intitulado Um gene hélice-alça-hélice coordena o destino masculino na carpa-comum, saiu no volume 12, número 41. Os dados bibliográficos da revista indicam 9 de outubro de 2026 como data de publicação, enquanto comunicados informam que o artigo foi publicado em 10 de outubro, pelo horário de Pequim. As datas são compatíveis com a diferença entre fusos horários.

Por que foi difícil encontrar o interruptor

As carpas-comuns têm um sistema de determinação genética do sexo XX/XY: em geral, as fêmeas carregam dois cromossomos X, e os machos, um X e um Y. Saber disso, porém, não permitia identificar o gene que direciona o órgão reprodutor em desenvolvimento para formar um testículo em vez de um ovário.

Antes deste trabalho, os genomas de carpa-comum publicados e descritos no artigo eram de fêmeas XX. Assim, os pesquisadores não tinham um genoma de referência masculino com a sequência do cromossomo Y que precisavam examinar. A busca também foi dificultada pela repetição de sequências de DNA e pelo genoma duplicado da espécie.

A carpa-comum é alotetraploide: seu genoma combina dois conjuntos ancestrais de cromossomos, designados A e B, reunidos por hibridização. O artigo situa a divergência dessas linhagens ancestrais há cerca de 23 milhões de anos e sua fusão há cerca de 12,4 milhões de anos. Cópias semelhantes de genes e regiões de DNA podem dificultar a identificação de uma sequência especificamente associada aos machos.

Essa lacuna chamava a atenção porque já se conheciam genes de determinação sexual em outros peixes. A introdução do estudo lista pelo menos 28 genes distintos em cerca de 140 espécies de teleósteos, pertencentes a aproximadamente 20 famílias. O Pangu preenche uma lacuna nesse panorama para os ciprinídeos, mas não estabelece uma regra universal para os peixes.

De 101 peixes a uma pequena inserção no cromossomo Y

Primeiro, a equipe montou o genoma de um macho de carpa do Rio Amarelo, abrangendo 1,67 bilhão de bases de DNA em 50 sequências cromossômicas. Em seguida, sequenciou novamente 50 irmãos machos e 50 fêmeas, além da mãe deles, formando um grupo de comparação de 101 peixes.

Ao comparar a representação de fragmentos de DNA em machos e fêmeas, os pesquisadores identificaram inicialmente 428 fragmentos candidatos específicos dos machos. Selecionaram dois candidatos promissores para validação adicional. Um fragmento confirmado, de 847 pares de bases, mostrou estar dentro de uma inserção maior, próxima à extremidade do cromossomo B25.

A clonagem e o sequenciamento confirmaram que essa região maior continha 1.487 pares de bases específicos dos machos. Uma análise independente da cobertura de DNA também apontou para o mesmo intervalo cromossômico. Testes com populações de carpa-comum de diferentes regiões geográficas reforçaram a associação da sequência com os machos.

Imagens dos cromossomos ofereceram outra forma de verificação. Uma sonda direcionada à sequência produziu sinais em machos XY e YY, mas não em fêmeas XX. Os peixes YY apresentaram o dobro de sinais que os XY, de acordo com a presença da sequência no cromossomo Y. Esses testes determinaram a localização do candidato, mas ainda eram necessários experimentos funcionais para mostrar sua função.

O Pangu entra em atividade antes da formação dos testículos

Na inserção do cromossomo Y, a equipe identificou um gene que produz um transcrito de 447 bases, com uma sequência codificadora de 231 bases. Essa sequência codifica o peptídeo Pangu, de 76 aminoácidos. Buscas em um importante banco de dados de proteínas não encontraram semelhança significativa com genes já anotados.

O Pangu contém um domínio hélice-alça-hélice, uma característica estrutural que pode ajudar proteínas a interagir com outras proteínas envolvidas na regulação da atividade gênica. A análise não encontrou evidências sólidas da região básica adjacente, comumente associada à ligação direta ao DNA em algumas proteínas dessa classe. Essa diferença é importante para entender como o Pangu pode controlar seus alvos subsequentes.

O momento de atividade do gene também era compatível com um papel na direção do desenvolvimento sexual. Seus transcritos foram detectados a partir do 19º dia após a fertilização, antes do início relatado da diferenciação sexual visível, aos 35 dias. A expressão atingiu o pico aos 64 dias e diminuiu após o 92º dia.

A análise de células individuais indicou a expressão mais intensa em um subconjunto de células identificadas como possíveis células de Sertoli. Essas células de sustentação estão associadas ao desenvolvimento dos testículos, ao contrário das células germinativas, que mais tarde produzem espermatozoides. Imagens de tecidos também corroboraram a expressão associada às células de Sertoli. Outros reguladores já conhecidos atingiram seus picos de expressão mais tarde, o que é compatível com a atuação do Pangu no início da sequência de desenvolvimento.

A remoção e a introdução do gene reverteram o desenvolvimento

Os experimentos decisivos testaram as duas direções do interruptor proposto. Usando edição CRISPR, os pesquisadores interromperam o pangu em carpas XY. A partir do 35º dia após a fertilização, as gônadas em desenvolvimento formaram uma cavidade ovariana e seguiram um padrão de desenvolvimento de ovário, acabando por produzir ovários com sinais de formação de óvulos.

As mudanças foram além da aparência dos tecidos. O gene de diferenciação feminina foxl2 tornou-se mais ativo, enquanto os genes de diferenciação masculina amh e dmrt1 ficaram menos ativos. As medições de proteínas seguiram o mesmo padrão. Os níveis de testosterona e 11-cetotestosterona caíram, enquanto o estradiol aumentou, reproduzindo o perfil hormonal das fêmeas.

Em um experimento separado com carpas YY, uma cópia funcional do pangu foi mantida intacta. Esses peixes conservaram o desenvolvimento gonadal masculino normal, reforçando a constatação de que uma cópia funcional restante poderia manter a via masculina nas condições testadas.

No experimento inverso, a equipe introduziu em peixes XX uma construção de DNA contendo o pangu e a sequência ao redor. Essas carpas geneticamente fêmeas desenvolveram testículos, com sinais de formação de espermatozoides e padrões masculinos de expressão gênica, proteica e hormonal. A introdução do pangu também restaurou o desenvolvimento dos testículos em mutantes XY sem uma cópia funcional.

Em conjunto, os experimentos demonstram que o pangu é necessário e suficiente para a determinação do sexo masculino nas carpas-comuns testadas: a remoção de sua função redireciona o desenvolvimento para ovários, enquanto sua introdução pode redirecioná-lo para testículos. Os cromossomos não se convertem de XX para XY nem de XY para XX; o que muda é o resultado do desenvolvimento.

O bloqueio de uma via ovariana ajuda a explicar o efeito

O estudo identifica o cyp19a1a como um dos primeiros alvos do Pangu na cadeia de ação. Esse gene codifica a aromatase ovariana, uma enzima envolvida na produção de estrogênios. Sua atividade ajuda a sustentar a diferenciação ovariana, tornando-o uma via plausível pela qual um sinal masculino inicial poderia redirecionar o desenvolvimento.

Diferenças na atividade do cyp19a1a já eram visíveis no 19º dia após a fertilização. Sua expressão aumentou em peixes XY com o pangu interrompido e diminuiu em peixes XX que receberam o gene. Vários outros genes associados à diferenciação sexual não apresentaram mudanças iniciais comparáveis.

Em experimentos com células humanas de laboratório e uma linhagem celular derivada de nadadeiras de carpa koi, o Pangu reduziu a atividade das regiões reguladoras das duas cópias do cyp19a1a. Uma versão mutante do Pangu, sem um domínio hélice-alça-hélice intacto, perdeu essa capacidade, relacionando a estrutura do peptídeo a seu efeito regulador.

O teste mais robusto foi feito nos próprios peixes. A interrupção do cyp19a1a em mutantes XY de pangu restaurou o desenvolvimento dos testículos, apesar da perda do interruptor masculino proposto. Esse resgate genético posiciona o cyp19a1a abaixo do pangu: bloquear a via ovariana pode contornar a ausência do sinal que atua a montante. As evidências sustentam um mecanismo no qual o Pangu promove o desenvolvimento masculino, ao menos em parte, ao suprimir o cyp19a1a, mas ainda não esclarecem todas as etapas moleculares envolvidas.

Até onde a descoberta se estende para além das carpas do Rio Amarelo?

Os pesquisadores detectaram o pangu em machos representantes das duas principais subespécies de carpa-comum. Entre eles estavam carpas do Rio Amarelo, carpas-vermelhas e carpas koi do grupo do Leste Asiático, além de carpas-espelho alemãs do grupo europeu. Também identificaram uma sequência específica dos machos em outra espécie do gênero, Cyprinus acutidorsalis.

As carpas-vermelhas e as carpas koi foram submetidas a testes funcionais adicionais. A remoção e a introdução do pangu provocaram reversões sexuais em sentidos opostos, de acordo com os resultados obtidos nas carpas do Rio Amarelo. Esses experimentos fornecem evidências mais fortes de uma função compartilhada do que a simples detecção da sequência de DNA.

Essa distinção limita o alcance das conclusões. O artigo descreve um interruptor masculino conservado no gênero Cyprinus, enquanto os experimentos detalhados de reversão sexual nos dois sentidos envolvem carpas do Rio Amarelo, carpas-vermelhas e carpas koi. A detecção em carpas-espelho alemãs e em Cyprinus acutidorsalis amplia as evidências genéticas, mas não equivale ao mesmo conjunto de testes funcionais.

Da mesma forma, ser o primeiro gene mestre de determinação sexual validado na família Cyprinidae não significa que o Pangu determine o sexo em toda a família. A descoberta estabelece um ponto de partida para testar quais peixes aparentados compartilham esse interruptor e quais usam mecanismos diferentes.

Um marcador de 2009 foi uma pista anterior, não a prova de um gene mestre

Um estudo de 2009 sobre um marcador, publicado na Molecular and Cellular Probes, já havia identificado um fragmento de DNA específico de machos de carpa-comum. Os pesquisadores testaram 220 primers aleatórios e descobriram que o primer S2107 produzia nos machos um fragmento de 909 pares de bases.

O padrão foi observado em 30 peixes de três estoques de carpa-comum. Testes adicionais de amplificação e hibridização reforçaram sua associação com os machos. O fragmento apresentava baixa semelhança com uma sequência repetitiva do peixe-zebra, e não foram detectados sinais de hibridização na carpa-capim.

Esse trabalho propôs a sequência como ferramenta para identificar o sexo genético das carpas do Rio Amarelo. Um marcador, porém, pode estar presente em um cromossomo sexual sem causar o desenvolvimento masculino. O novo estudo vai além: identifica um gene expresso e demonstra que a remoção ou a introdução de sua função altera o desenvolvimento das gônadas. As evidências aqui descritas não demonstram que o marcador de 909 pares de bases e a região recém-definida de 1.487 pares de bases sejam a mesma sequência.

Os marcos da pesquisa estão separados por anos, enquanto as datas de publicação se referem ao mesmo lançamento em fusos horários diferentes:

• Outubro de 2009: O estudo anterior relatou um marcador de DNA de 909 pares de bases associado aos machos de carpa-comum.
• 9 de outubro de 2026: A Science Advances registra a publicação do estudo sobre o pangu no volume 12, número 41.
• 10 de outubro de 2026, pelo horário de Pequim: Comunicados informam que a publicação dos novos resultados ocorreu nessa data.
• 11 de outubro de 2026: Um relato público descreveu a descoberta e mais de uma década de investigação.

O que ainda não foi esclarecido

As evidências do papel do Pangu no desenvolvimento são mais sólidas do que a explicação atual de sua ação molecular exata. O estudo demonstra a supressão da atividade do cyp19a1a e um resgate genético que conecta os dois genes. Ainda não demonstra se o Pangu se liga diretamente ao DNA regulador relevante ou se atua por meio de outras proteínas.

Os autores também apontam uma questão sobre as células que expressam o pangu. Sua expressão baixa e restrita pode refletir atividade em uma população rara ou temporária de células em desenvolvimento da linhagem de Sertoli. Determinar se essas células representam um estado progenitor inicial ajudaria a explicar como um pequeno sinal iniciador leva à formação dos testículos.

Chen Kuangxin, pesquisador de pós-doutorado na Universidade Oceânica de Xangai, e Chen Ji, pesquisador associado do Instituto de Hidrobiologia, são os primeiros autores conjuntos. Os autores correspondentes são Hu Wei, Zhu Zuoyan, Ge Chutian, da Universidade Zhejiang Wanli, e Vance L. Trudeau, da Universidade de Ottawa. O acadêmico He Shunping, da Academia Chinesa de Ciências, e outros especialistas ofereceram orientação e apoio.

Não foi divulgado um cronograma para os próximos experimentos. O resultado central já conta com o respaldo da localização cromossômica, da expressão inicial e de testes funcionais recíprocos. O trabalho ainda pendente busca esclarecer como o Pangu exerce essa função e até que ponto o mecanismo é compartilhado por outros grupos além dos de carpas testados.

Principais pontos

• O Pangu é o primeiro gene mestre de determinação sexual da família Cyprinidae validado experimentalmente.
• Ele codifica um peptídeo de 76 aminoácidos em uma região de 1.487 pares de bases do cromossomo Y da carpa-comum.
• A interrupção do pangu levou carpas XY a desenvolver ovários; sua introdução em carpas XX levou à formação de testículos.
• A interrupção do gene da via ovariana cyp19a1a restaurou o desenvolvimento dos testículos em mutantes de pangu.
• Testes funcionais em carpas-vermelhas e carpas koi sustentam uma função compartilhada, mas os resultados não demonstram um mecanismo universal em toda a família.
• A via molecular exata pela qual o Pangu suprime o cyp19a1a ainda não foi esclarecida.