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

Um gene minúsculo controla uma importante decisão do desenvolvimento

Um gene que codifica um péptido com apenas 76 aminoácidos pode determinar se as carpas-comuns desenvolvem testículos ou ovários, segundo um estudo publicado na Science Advances. Designado pangu, encontra-se num segmento de ADN com 1,487 pares de bases no cromossoma Y. A sua inativação levou carpas geneticamente masculinas a desenvolver ovários; a sua introdução em carpas geneticamente femininas levou-as a desenvolver testículos.

A descoberta identifica o primeiro gene mestre da determinação do sexo na família Cyprinidae validado experimentalmente, uma família numerosa e amplamente distribuída de peixes de água doce. As provas mais fortes provêm de experiências com carpas-comuns do Rio Amarelo, complementadas por testes funcionais em carpas-vermelhas e carpas Koi. O estudo não demonstra que todas as espécies da família utilizem 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 decorreu ao longo de mais de uma década. Os investigadores deram ao gene o nome de Pangu, o criador primordial da mitologia chinesa que separou o céu da terra, em referência ao seu papel no início do desenvolvimento masculino.

O estudo da Science Advances, intitulado A helix-loop-helix gene orchestrates male fate in common carp, foi publicado no volume 12, número 41. Os metadados da revista indicam 9 de outubro de 2026 como data de publicação, enquanto os anúncios referem a publicação a 10 de outubro, hora de Pequim. As datas são compatíveis devido à diferença de fusos horários.

Porque foi difícil encontrar o interruptor

As carpas-comuns têm um sistema de determinação genética do sexo XX/XY: as fêmeas têm normalmente dois cromossomas X e os machos um cromossoma X e um Y. Conhecer esta configuração, contudo, não permitia identificar o gene que orienta 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 investigadores não dispunham de um genoma de referência masculino que incluísse a sequência do cromossoma Y que precisavam de analisar. As sequências repetidas de ADN e o genoma duplicado da espécie tornaram a procura mais difícil.

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

A lacuna era notória, uma vez que já eram conhecidos genes de determinação do sexo noutros peixes. A introdução do estudo enumera pelo menos 28 genes distintos em cerca de 140 espécies de teleósteos, pertencentes a aproximadamente 20 famílias. O Pangu preenche uma lacuna neste panorama no caso dos ciprinídeos, mas não estabelece uma regra universal para os peixes.

De 101 peixes a uma pequena inserção no cromossoma Y

A equipa começou por montar o genoma de uma carpa-macho do Rio Amarelo, abrangendo 1,67 mil milhões de bases de ADN distribuídas por 50 sequências cromossómicas. Em seguida, voltou a sequenciar os genomas de 50 irmãos machos e 50 fêmeas, bem como da progenitora, formando um grupo de comparação de 101 peixes.

Ao comparar a representação de fragmentos de ADN nos machos e nas fêmeas, os investigadores identificaram inicialmente 428 fragmentos candidatos específicos dos machos. Selecionaram dois candidatos promissores para validação adicional. Um fragmento confirmado, com 847 pares de bases, revelou estar dentro de uma inserção maior, perto da extremidade do cromossoma B25.

A clonagem e o sequenciamento demonstraram que esta região maior continha 1,487 pares de bases específicos dos machos. Uma análise independente da cobertura de ADN também apontou para o mesmo intervalo cromossómico. Testes realizados em populações de carpa-comum geograficamente diversas corroboraram a associação da sequência aos machos.

A análise dos cromossomas por imagem proporcionou outra confirmação. Uma sonda dirigida à sequência produziu sinais em machos XY e YY, mas não em fêmeas XX. Os peixes YY apresentaram o dobro dos sinais dos peixes XY, em consonância com a presença da sequência no cromossoma Y. Estes testes estabeleceram a localização do candidato, mas ainda eram necessárias experiências funcionais para determinar a sua função.

O Pangu torna-se ativo antes da formação dos testículos

Na inserção do cromossoma Y, a equipa identificou um gene que produz um transcrito com 447 bases e uma sequência codificante com 231 bases. Esta sequência codifica o péptido Pangu, composto por 76 aminoácidos. As pesquisas numa importante base de dados de proteínas não encontraram semelhanças significativas com genes previamente anotados.

O Pangu contém um domínio hélice-volta-hélice, uma característica estrutural que pode ajudar as proteínas a interagir com outras proteínas envolvidas na regulação da atividade genética. A análise não encontrou provas sólidas da presença da região básica adjacente, normalmente associada à ligação direta ao ADN em algumas proteínas desta classe. Esta distinção é relevante para compreender como o Pangu poderá controlar os seus alvos a jusante.

O momento em que o gene se ativa também é compatível com um papel na orientação do desenvolvimento sexual. Foram detetados transcritos a partir do 19.º dia após a fertilização, antes do início da diferenciação sexual visível, observado aos 35 dias. A expressão atingiu o pico aos 64 dias e diminuiu após os 92 dias.

A análise de células individuais situou a expressão mais elevada num subconjunto de células identificadas como prováveis células de Sertoli. Estas são células de suporte associadas ao desenvolvimento dos testículos, e não as células germinativas que acabam por produzir espermatozoides. A análise de tecidos por imagem também corroborou a expressão associada às células de Sertoli. Outros reguladores já conhecidos atingiram os picos de expressão mais tarde, em consonância com uma atuação do Pangu no início da sequência de desenvolvimento.

A remoção e a introdução do gene inverteram o desenvolvimento

As experiências decisivas testaram as duas direções do interruptor proposto. Com recurso à edição CRISPR, os investigadores interromperam o funcionamento do pangu em carpas XY. A partir do 35.º dia após a fertilização, as gónadas em desenvolvimento formaram uma cavidade ovárica e seguiram um padrão de desenvolvimento ovárico, acabando por produzir ovários com indícios de desenvolvimento de óvulos.

As alterações foram além do aspeto dos tecidos. O gene de diferenciação feminina foxl2 tornou-se mais ativo, enquanto os genes de diferenciação masculina amh e dmrt1 se tornaram menos ativos. As medições de proteínas seguiram o mesmo padrão. Os níveis de testosterona e 11-cetotestosterona diminuíram, enquanto o estradiol aumentou, aproximando-se do perfil hormonal das fêmeas.

Numa experiência separada com carpas YY, os investigadores mantiveram intacta uma cópia funcional do pangu. Estes peixes conservaram um desenvolvimento gonadal masculino normal, o que sustenta a conclusão de que uma cópia funcional restante podia manter a via masculina nas condições testadas.

Na experiência inversa, a equipa introduziu em peixes XX uma construção de ADN que continha o pangu e a sequência adjacente. Estas carpas geneticamente femininas desenvolveram testículos, com indícios de formação de espermatozoides e padrões masculinos de expressão genética, proteica e hormonal. A introdução do pangu também restabeleceu o desenvolvimento dos testículos em mutantes XY sem uma cópia funcional do gene.

Em conjunto, as experiências demonstram que o pangu é necessário e suficiente para a determinação do sexo masculino nas carpas-comuns testadas: a remoção da sua função redireciona o desenvolvimento para ovários, enquanto a sua introdução pode redirecioná-lo para testículos. Os próprios cromossomas não se convertem de XX em XY, ou vice-versa; o que muda é o resultado do desenvolvimento.

O bloqueio de uma via ovárica ajuda a explicar o efeito

O estudo identifica o cyp19a1a como um alvo inicial a jusante do Pangu. Este gene codifica a aromatase ovárica, uma enzima envolvida na produção de estrogénios. A sua atividade contribui para a diferenciação ovárica, tornando-o uma via plausível pela qual um sinal masculino precoce pode redirecionar o desenvolvimento.

As diferenças na atividade do cyp19a1a já eram visíveis aos 19 dias após a fertilização. A sua expressão aumentou nos peixes XY com o pangu interrompido e diminuiu nos peixes XX aos quais o gene foi introduzido. Vários outros genes associados à diferenciação sexual não apresentaram alterações precoces comparáveis.

Em experiências com células humanas de laboratório e uma linha celular derivada de barbatanas de carpas Koi, o Pangu reduziu a atividade das regiões reguladoras de ambas as cópias do cyp19a1a. Um Pangu mutante sem um domínio hélice-volta-hélice intacto perdeu essa capacidade, relacionando a estrutura do péptido com o seu efeito regulador.

O teste mais conclusivo foi realizado nos próprios peixes. A interrupção do cyp19a1a em mutantes XY do pangu restabeleceu o desenvolvimento testicular, apesar da perda do interruptor masculino proposto. Este resgate genético situa o cyp19a1a a jusante do pangu: o bloqueio da via ovárica pode contornar a ausência do sinal a montante. As provas são compatíveis com um mecanismo em que o Pangu promove o desenvolvimento masculino, pelo menos em parte, ao suprimir o cyp19a1a, embora ainda não estabeleçam todas as etapas moleculares envolvidas.

Até que ponto se estende a descoberta para lá das carpas do Rio Amarelo?

Os investigadores detetaram o pangu em machos representativos das duas principais subespécies de carpa-comum. Entre estes estavam carpas do Rio Amarelo, carpas-vermelhas e carpas Koi do grupo da Ásia Oriental, bem como carpas-espelho alemãs do grupo europeu. Identificaram também uma sequência específica dos machos noutra espécie do género, Cyprinus acutidorsalis.

As carpas-vermelhas e as carpas Koi foram submetidas a testes funcionais adicionais. A remoção e a introdução do pangu provocaram inversões do sexo em sentidos opostos, reproduzindo os resultados obtidos nas carpas do Rio Amarelo. Estas experiências constituem provas mais fortes de uma função partilhada do que a simples deteção da sequência de ADN.

Esta distinção limita o alcance das conclusões. O artigo descreve um interruptor masculino conservado no género Cyprinus, mas as experiências detalhadas de inversão sexual nos dois sentidos foram realizadas em carpas do Rio Amarelo, carpas-vermelhas e carpas Koi. A deteção nas carpas-espelho alemãs e em Cyprinus acutidorsalis alarga as provas genéticas, mas não equivale à realização do mesmo conjunto de testes funcionais.

Do mesmo modo, ser o primeiro gene mestre da determinação do sexo validado na família Cyprinidae não significa que o Pangu determine o sexo em toda a família. A descoberta constitui um ponto de partida para testar quais os peixes aparentados que partilham este interruptor e quais utilizam mecanismos diferentes.

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

Um estudo de 2009 sobre um marcador, publicado na Molecular and Cellular Probes, já tinha identificado um fragmento de ADN específico dos machos de carpa-comum. Os investigadores analisaram 220 iniciadores aleatórios e descobriram que o iniciador S2107 produzia nos machos um fragmento com 909 pares de bases.

O padrão foi observado em 30 peixes de três populações de carpa-comum. Testes adicionais de amplificação e hibridação corroboraram a sua associação aos machos. O fragmento apresentava uma semelhança reduzida com uma sequência repetitiva do peixe-zebra e não foram detetados sinais de hibridação na carpa-capim.

Esse trabalho propôs a sequência como ferramenta para identificar o sexo genético das carpas do Rio Amarelo. Um marcador, porém, pode ser herdado juntamente com um cromossoma sexual sem causar o desenvolvimento masculino. O novo estudo vai mais longe: identifica um gene expresso e demonstra que a remoção ou a introdução da sua função altera o desenvolvimento das gónadas. As provas aqui descritas não demonstram que o marcador de 909 pares de bases e a região recém-identificada de 1,487 pares de bases sejam a mesma sequência.

Os marcos da investigação estão separados por anos, enquanto as datas de publicação dizem respeito ao mesmo lançamento, em fusos horários diferentes:

• Outubro de 2009: O estudo anterior relatou um marcador de ADN com 909 pares de bases associado às carpas-comuns macho.
• 9 de outubro de 2026: A Science Advances indica a publicação do estudo sobre o pangu no volume 12, número 41.
• 10 de outubro de 2026, hora de Pequim: Os anúncios situam a publicação das novas descobertas nesta data.
• 11 de outubro de 2026: Uma publicação pública descreveu a descoberta e mais de uma década de investigação.

O que continua por esclarecer

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

Os autores assinalam também uma questão relativa às células que expressam o pangu. A expressão reduzida e restrita poderá refletir atividade numa população rara ou temporária de células em desenvolvimento da linhagem de Sertoli. Determinar se estas células representam um estado progenitor precoce ajudaria a explicar como um pequeno sinal iniciador leva à formação dos testículos.

Chen Kuangxin, investigador pós-doutorado na Universidade Oceânica de Xangai, e Chen Ji, investigador associado no Instituto de Hidrobiologia, são os primeiros autores conjuntos. Os autores correspondentes são Hu Wei, Zhu Zuoyan, Ge Chutian, da Universidade Wanli de Zhejiang, e Vance L. Trudeau, da Universidade de Otava. O académico He Shunping, da Academia Chinesa de Ciências, e outros especialistas prestaram orientação e apoio.

Não foi indicado qualquer calendário para as próximas experiências. O resultado central já é sustentado pela localização cromossómica, pela expressão precoce e por testes funcionais recíprocos. O trabalho ainda por fazer diz respeito à forma como o Pangu desempenha esse papel e à extensão em que o mecanismo é partilhado para lá dos grupos de carpas testados.

Principais conclusões

• O Pangu é o primeiro gene mestre da determinação do sexo validado experimentalmente na família Cyprinidae.
• Codifica um péptido de 76 aminoácidos, localizado numa região de 1,487 pares de bases no cromossoma Y da carpa-comum.
• A interrupção do pangu levou carpas XY a desenvolver ovários; a sua introdução em carpas XX levou-as a desenvolver testículos.
• A interrupção do gene da via ovárica cyp19a1a restabeleceu o desenvolvimento testicular em mutantes do pangu.
• Os testes funcionais em carpas-vermelhas e carpas Koi sustentam a existência de uma função partilhada, mas as conclusões não demonstram um mecanismo universal em toda a família.
• A via molecular exata pela qual o Pangu suprime o cyp19a1a continua por esclarecer.