A Teoria de Dobzhansky-Muller (ou Teoria da Incompatibilidade de Dobzhansky-Muller) é uma teoria que trata do isolamento reprodutivo pós-zigótico, explicando-o por mecanismos genéticos. Nela, tentou-se esclarecer como podem se manter, em uma população, alelos que posteriormente consigam atuar na diminuição da viabilidade/fertilidade de indivíduos híbridos, no contexto de especiação, se a origem de qualquer alelo é obrigatoriamente em um indivíduo heterozigoto para determinado gene, que tenderia a não conseguir manter o alelo na população. A solução a esse paradoxo foi trazer mais uma dimensão à hipótese construída, ao levar em conta a interação que diferentes genes podem ter uns com os outros (epistasia). Assim, ficou claro que diversos alelos, mesmo que envolvidos na perda de fertilidade ou viabilidade de híbridos em algum momento, podem surgir e se propagar em uma população, já que a perda no sucesso reprodutivo, nesse caso, não está relacionada à heterozigose para determinado gene, e sim, à determinada combinação dos diferentes alelos em conjuntos de genes epistáticos. Atualmente, também é chamada por Incompatibilidade de Bateson-Dobzhansky–Muller (BDMI).

Histórico

Bateson, em 1909, analisou como a esterilidade poderia evoluir entre as demais variedades, de forma que duas espécies férteis poderiam originar uma progênie estéril, pressupondo que a esterilidade ocorre devido ao desenvolvimento de alguma substância no híbrido, que pode ser formada pela união de dois fatores complementares.

Em 1936, Dobzhansky publicou em um de seus trabalhos sobre genética de especiação, uma análise da esterilidade de híbridos entre duas espécies crípticas de Drosophila. Ao analisar a fertilidade desses híbridos, por meio de medição do porte testicular, podem-se ver regiões cromossômicas que poderiam ter causado esterilidade híbrida. Portanto, verificou-se que a esterilidade dos híbridos tinha causas genéticas, apesar de que, na época, esses resultados não foram amplamente aceitos.

Enquanto isso, por volta de 1940 – 1942, Muller estudava a evolução da esterilidade do híbrido. Muller mostrou que genes letais e híbridos poderiam evoluir entre as espécies, e que as incompatibilidades, muitas vezes, podem envolver interações entre tripletos (conjunto de 3 nucleotídeos), e não pares de genes.ORR, H.A. Dobzhansky, Bateson and the Genetics of Speciaion. Genetics. December, 1996. Vol. 144, nº4, pages 1331- 1335.

Isolamento pós-zigótico

Quando populações de uma mesma espécie estão presentes em áreas diferentes, elas podem apresentar diferenças genéticas, levando a um isolamento reprodutivo. As populações separadas desenvolvem adaptações para os diferentes locais, que consequentemente resulta no isolamento reprodutivo. Dessa forma, as espécies permanecem distintas geneticamente e, consequentemente, podem sofrer destinos evolutivos independentes. As espécies em anel são exemplos drásticos de que divergências genéticas dentro de uma espécie podem acabar chegando a um nível em que há a geração de duas espécies.

No isolamento pós-zigótico, pode haver a mortalidade do zigoto, ou seja, caso haja a fecundação de gametas de espécies diferentes o zigoto pode vir a não se formar, ou pode existir a formação de uma prole híbrida, onde se podem observar duas situações:

I. Inviabilidade do híbrido: caso o híbrido venha a se formar e sobreviver, ele se torna incapaz de procriar, em consequência de sua baixa adaptabilidade, ou apresentam viabilidade reduzida.

II. Esterilidade do híbrido: ocorre o cruzamento entre espécies diferentes gerando uma prole híbrida que é estéril, ou seja, incapaz de se reproduzir.

Isolamento e interações genéticas

Dado que as mutações são alterações aleatórias de um material genético, se um alelo condicionar um efeito fenotípico deletério, seus carregadores encontrarão dificuldades para se manterem na população, o que prejudicará a transmissão desse gene às próximas gerações, evitando, assim, o aumento de sua frequência. Essa conformação biológica, recebe o nome de valor adaptativo, que compara a aptidão que os portadores de uma mutação têm de transmiti-la à geração seguinte, com a capacidade que os não-portadores dessa mutação têm em transmitir o alelo mais antigo. Sendo assim, o genótipo que propiciar maior número de descendentes será considerado melhor adaptado ao ambiente. O valor adaptativo mede, portanto, o sucesso reprodutivo.

A mutação é uma forma para geração de um novo alelo em uma espécie. Com o surgimento de uma mutação na espécie ancestral, surgiria um novo alelo, gerando um heterozigoto. O cruzamento entre indivíduos heterozigotos que portam essa mutação podem originar um indivíduo homozigoto para o novo alelo, e, ao passar do tempo, dar origem a uma nova espécie (figura 1).

Essas duas espécies possuem um alto valor adaptativo, porém quando há um cruzamento entre elas, se há isolamento pós-zigótico, a prole heterozigota originada é inviável (figura 2). Porém, considerando uma interação somente entre esses dois alelos do mesmo loco gênico, não há lógica para a inviabilidade do híbrido, pois ambos os alelos possuem altos valores adaptativos. Além disso, a situação em que há dois alelos (alelo 1 em uma espécie e alelo 2 em outra espécie, como na figura) evoluiu de alguma forma. A evolução deve ter passado por algum período desvantajoso, já que o heterozigoto seria letal ou estéril, até o surgimento da espécie com o novo alelo em homozigose. Todavia, a dúvida seria de como a esterilidade ou baixa viabilidade de reprodução do híbrido, que são processos tão mal-adaptativos e implicam a fixação de alelos de menor sucesso reprodutivo, poderiam ser fixados, sendo que o aumento dessa fixação se deve à seleção natural. Sendo assim, não seria possível que o isolamento pós-zigótico fosse controlado por um sistema de apenas um loco gênico, portanto, pressupõe-se que a interação gênica em locos múltiplos é que levaria ao isolamento pós-zigótico.

Dobzhansky e Muller constataram que o isolamento pós-zigótico poderia evoluir se fosse controlado por interações de dois ou mais locos gênicos, ou seja, por epistasia. Essa é a chamada Teoria de Dobzhansky – Muller. O ponto importante, evolutivamente, é que a esterilidade e a inviabilidade dos híbridos podem ter evoluído sem qualquer linhagem ter passado por um vale adaptativo, portanto esses processos evoluíram de acordo com esse modelo de Dobzhansky- Muller. Dessa forma, não há transposição de vales e o valor adaptativo é gerado em consequência da evolução distinta de duas espécies. A especiação ocorre como consequência quase automática da seleção ordinária e na deriva em uma população, considerando que cada população evolui em condições ambientais próprias.FUTUYMA, D.J. Evolution. 2ª ed. Macmillan. 2009.

A teoria explica esse isolamento pós-zigótico através da epistasia. Epistasia é quando um determinado alelo de um gene disfarça a expressão de alelos de outro gene, em cromossomos não-homólogos, e expressa seu próprio fenótipo. A epistasia resulta de os genes estarem na mesma via, ou seja, a interação de vários genes vai resultar em uma característica. Um exemplo de epistasia é a cor da pelagem amarela nos cães de raça Labrador: existem três diferentes cores de pelagem nos labradores, na qual dois alelos B e b de um gene de pigmento determinam pelagens preta e marrom, respectivamente. Em outro gene, o alelo E permite a deposição de cor na pelagem, enquanto que e/e impede a deposição de cor, resultando no fenótipo amarelo. Portanto, a presença do alelo e em homozigoze resulta no fenótipo amarelo: B_ee e bbee. Nesse caso, o alelo e mascara a expressão de um alelo de outro gene e expressa seu próprio fenótipo, nesse caso em homozigoze (epistasia recessiva).GRIFFITHS, A. Introdução à Genética. 9ªed. Guanabara Koogan. 2009.

Dobzhansky e Muller constataram que o isolamento pós-zigótico poderia evoluir se o processo fosse controlado pela interação de dois ou mais locos gênicos. Por exemplo, uma população ancestral com o genótipo AABB se ramifica em duas ou mais populações, em que não há fluxo gênico. Se numa determinada condição ambiental da população 1 o alelo a é mais vantajoso, ter duas cópias desse alelo é ainda mais vantajoso, portanto a população evoluirá de AABB para AaBB e daí para aaBB, de forma que a seleção natural é a responsável pela fixação do alelo a. Todavia, na população 2 é mais vantajoso o alelo b, de acordo com as condições ambientais daquele local. A seleção natural vai levar a população 2 de AABB para AABb e daí para AAbb, de modo que o alelo b é fixado. Se houver um cruzamento entre dois indivíduos, um de cada população: AAbb e aaBB, a prole híbrida será dupla heterozigota AaBb. Esses novos alelos a e b nunca estiveram juntos antes no mesmo indivíduo, o duplo heterozigoto nunca tinha existido antes. Os genes a e b podem ser incompatíveis quando estão juntos, sendo que causam algum tipo de distúrbio quando estão combinados no mesmo indivíduo. O gene b pode ser vantajoso em um indivíduo AA, mas não em um indivíduo que porta a, ou seja, as interações adaptativas dos dois locos gênicos são epistáticas. Além disso, os alelos dependem de detalhes biológicos sobre o que eles codificam para serem compatíveis ou não, de modo que quase toda modificação genética no DNA tem potencial para ser incompatível com mudanças genéticas em outras partes do DNA. Essa inviabilidade e esterilidade do híbrido resultam da acumulação de substituições que, apesar de serem normais na população original, causam perda de aptidão quando reunidas nos híbridos. RIDLEY, M. Evolução. 3.ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. ORR, H.A; TURELLI, M. The evolution of postzygotic: accumulating Dobzhansky-Muller incompatibilities. Evolution. June, 2001. Vol. 55, Issue 6, pages 1085-1094.

Evidências genéticas

A aptidão do híbrido é influenciada por vários locos, e a princípio, é fácil de testar. Coyne e Orr (1998) fizeram revisões de 38 experimentos e, 26 duplas de espécies e eles verificaram que em somente duas duplas de espécies a baixa aptidão do híbrido estava associada ao genótipo de um único loco gênico, sendo que nas outras espécies s problemas com a aptidão dos híbridos foram devidos às interações epistáticas em múltiplos locos gênicos. Além disso, eles verificaram que a quantidade de isolamento pós-zigótico deve sofrer um incremento na proporção em que se aumenta o número de locos que diferem nas duas espécies. Se novos alelos evoluem em um ou dois locos apenas, é provável que os híbridos não tenham a sua aptidão reduzida, mas se evoluem novos alelos numa quantidade maior de locos, a chance de esses alelos serem incompatíveis uns com os outros é muito maior, ou seja, o número de interações gênicas possíveis é muito maior. Portanto, o isolamento pós-zigótico será desenvolvido à medida que duas populações divergem geneticamente. Quando duas populações divergem, elas podem desenvolver novos genes que são incompatíveis quando reunidos posteriormente.BORDENSTEIN, S.R; DRAPEAU, M.D. Journal of Evolutionary Biology. May, 2001. Vol. 14, Issue 3, pages 490-501.

Além disso, Coyne e Orr previram que deveria haver uma assimetria nas interações genéticas nos híbridos. Como no exemplo da população ancestral que divergiu dando origem à duas novas populações (citado acima), a baixa adaptabilidade dos híbridos é causada pelo distúrbio que ocorre entre os dois novos alelos (a e b), o que leva a acreditar que os outros dois alelos (A e B) não costumam causar problemas, e isso se deve ao fato de que os alelos A e B são uma combinação ancestral. Portanto, se é possível realizar a identificação de combinações gênicas que causam distúrbios nos híbridos, é possível, então, predizer que conjuntos complementares de genes nesses locos não irão causar distúrbios.