Sequenciamento e montagem de genomas

Sequenciamos os genomas de um camelo bactriano feminino (cobertura de 79,3 vezes), um dromedário masculino (cobertura de 65,0 vezes) e uma alpaca feminina (cobertura de 72,5 vezes) usando a plataforma Illumina HiSeq2000. O tamanho atual estimado do genoma do camelo bactriano (2,45 Gb) é comparável ao de um relatório anterior (2,38 Gb) baseado na análise K-mer3. O tamanho do genoma montado para os três indivíduos foi de 2,01, 2,01 e 2,05 Gb, respectivamente (Tabelas Suplementares 1-10 e Figuras Suplementares 2 e 3). O tamanho atual do genoma montado para o camelo bactriano é idêntico ao tamanho relatado anteriormente3. O contig N50 e o andaime N50 (Tabela 1) tinham 24,9 kb e 8,7 Mb para o camelo bactriano, 54,1 kb e 4,1 Mb para o dromedário, e 66,3 kb e 5,1 Mb para a alpaca, respectivamente. Em comparação com o genoma do camelo bactriano selvagem3, os actuais genomas destes três camelídeos têm comprimentos contig N50 mais curtos mas comprimentos N50 maiores. O mapeamento de bibliotecas com um tamanho de inserção de 2 kb no andaime indicou que cada uma das sequências do genoma era de alta qualidade (Fig. 4 e Métodos Suplementares), e o transcriptoma do camelo bactriano também demonstrou um conjunto de genoma de alta qualidade para o camelo bactriano presente e selvagem3 (Tabelas Suplementares 11 e 12). Os genomas camelídeos compartilharam alta sintonia com os genomas de referência humanos e bovinos (taxa de cobertura >83%) e uma taxa relativamente baixa de rearranjo genômico dentro dos Camelidae (Tabelas Suplementares 13 e 14, e Métodos Suplementares). A sintonia entre os genomas dos camelos bactrianos e bovinos observada no presente estudo é maior do que a relatada anteriormente3. Nosso estudo apóia a noção de que a evolução divergente em Camelidae ocorreu através de mutações de um único gene ou de rearranjos cromossômicos menores5. Estimamos a duplicação segmentar desses três indivíduos: o comprimento total da duplicação segmentar tanto no camelo bactriano quanto no dromedário foi de 26 Mb, menor que o da alpaca (36 Mb) (Tabela Suplementar 15). A duplicação segmentar entre estes três organismos é menor que a relatada no gado (94.4 Mb)6.

Anotação do genoma

Usando uma combinação de pesquisas de seqüências homólogas e predições de genes ab initio, anotamos 20.251, 20.714 e 20.864 genes nos genomas Bactrian camel, dromedary e alpaca, respectivamente (Fig. 5 Suplementar e Tabelas Suplementares 16 e 17). Utilizamos o método CEGMA7, que inclui 458 genes eucarióticos centrais, para avaliar a completude dos genomas e a anotação. A grande maioria desses genes centrais foi alinhada aos genomas dos camelos (99,12% para o camelo bactriano, 98,47% para o dromedário e 99,12% para a alpaca), e a maioria estava presente em nossos conjuntos de genes previstos (97,82% para o camelo bactriano, 96,73% para o dromedário e 93,87% para a alpaca), suportando a completude dos genomas montados e a identificação dos conjuntos de genes (Tabelas Suplementares 18-20). Análises comparativas dos três conjuntos de genes de camelídeos revelaram uma alta semelhança de sequência genética (>90%) mas diferentes distribuições não-sinônimas/sinônimas (Ka/Ks) (Figuras Suplementares 6 e 7). As análises funcionais dos conjuntos de genes indicaram que >91% dos genes foram anotados funcionalmente em cada genoma (Tabelas Suplementares 21-23).

O conteúdo da sequência repetida dos genomas dos camelídeos (30,4% em camelo-bactriano, 32.1% em alpaca e 28,4% em dromedário) foi 10% menor que o do gado (42,5%) e humano (46,1%) devido ao pequeno número de elementos de nucleotídeos curtos intercalados nos genomas camelídeos (Tabelas Suplementares 24-27). O conteúdo da sequência repetida do genoma dos camelos bactrianos foi similar ao relatado anteriormente3. A anotação de genes não codificadores de RNA revelou números de cópias similares para cada genoma (camelo Bactriano=1.942; dromedário=2.209; alpaca=2.328; Tabelas Suplementares 28-30). Foram identificadas 12.539 famílias de genes homólogos que são compartilhadas por 4 espécies na ordem Cetartiodactyla (camelo bactriano, dromedário, alpaca e gado): 156, 153 e 296 famílias de genes foram específicas para o camelo bactriano, dromedário e alpaca, respectivamente (Fig. 1).

Análise evolutiva e filogenia

Uma árvore filogenética foi construída incluindo os camelídeos (camelo bactriano, dromedário e alpaca) e sete outras espécies (gado, cavalo, cão, panda, humano, rato e opossum). A árvore foi gerada usando o PhyML8 baseado em quatro locais degenerados de códão extraído de 7.398 genes ortológicos de uma única cópia identificados pela TreeFam9 (Tabela Suplementar 31, e Figuras Suplementares 8 e 9). O tempo estimado de divergência entre camelídeos e gado é de 42,7 milhões de anos (Mya) (Fig. 2 e Suplemento Fig. 10). Este resultado é consistente com a época (45,9 Mya) em que as evidências paleontológicas indicam que a família Camelidae apareceu pela primeira vez na América do Norte10 mas está em contraste com uma estimativa anterior do tempo de divergência das linhagens de camelos bactrianos e bovinos baseada em 332 ortologues (55-60 Mya)3. O tempo estimado de divergência dos antepassados da alpaca e dos dois camelos (16,3 Mya) é consistente com achados paleontológicos, indicando que a divisão entre Camelini e Lamini ocorreu na América do Norte ~17 Mya (ref. 10). O tempo de divergência entre o camelo bactriano e o dromedário é de ~4,4 Mya, implicando que eles provavelmente divergiram depois que seu ancestral comum migrou da América do Norte para a Eurásia através do Istmo de Bering durante o Mioceno tardio (7,246-4,9 Mya)10,11. Analisamos as razões de substituição Ka/Ks específicas do ramo (ω) para esses dez mamíferos usando o método de Kosiol et al.12: o camelo Bactriano e o dromedário possuíam maior valor de ramo ω (Fig. 11, Tabela Suplementar 32 e Métodos Suplementares). Esta evolução acelerada nos camelos levanta a possibilidade de evolução específica do camelo para se adaptar a um ambiente desértico.

Heterozigotos e história demográfica

SNPs foram identificados usando SOAPsnp13. As taxas estimadas de heterozigotos dos genomas bactriano, dromedário e alpaca foram de 1,16 × 10-3, 0,74 × 10-3 e 2,66 × 10-3, respectivamente (Tabelas Suplementares 33-35). A taxa de heterozigotos do camelo bactriano aqui estimada é comparável com a reportada anteriormente (1,0 × 10-3 e 1,29 × 10-3)3,4. As distribuições genômicas do SNP entre estes mamíferos são diferentes (Suplemento Fig. 12).

A história demográfica destes camelídeos foi construída com base nos dados do SNP, aplicando o modelo sequencialmente Markoviano coalescente (PSMC)14 (Fig. 3). Os resultados de nossa análise indicaram que o ancestral do camelo bactriano tinha tamanhos populacionais estáveis após dois declínios que ocorreram 3,69 e 2,61 Mya. Dois declínios no tamanho da população que ocorreram 1,72 e 0,77 Mya foram calculados para o antepassado do dromedário. Esses declínios estimados no tamanho da população dos antepassados de ambas as espécies são consistentes com as transições entre as idades geológicas, incluindo o Zanclean e o Piacenzian (3,60 Mya), o Piacenzian e o Gelasian (2,59 Mya), o Gelasian e o Calabrian (1,81 Mya), e o Calabrian e o Ionian (0,78 Mya)15, sugerindo uma provável correlação. Além disso, a expansão da população ancestral do dromedário ocorreu entre 1,25 e 0,77 Mya, coincidindo com a transição do Pleistoceno médio de 1,25 para 0,70 Mya, um período de mudanças fundamentais na ciclicidade climática da Terra16 que teve um efeito profundo na distribuição e evolução da biota17. Este intervalo de tempo também coincide com a Idade dos Mamíferos Galerianos (1,2 a 0,60 Mya), que se caracterizou por uma renovação da fauna que, em alguns casos, deu origem a novas espécies adaptadas a climas áridos e frios18; mais importante, porém, este intervalo de tempo também coincide com a diversidade máxima da família Camelidae, que ocorreu no início da Galeriana19. Esta correlação suporta a adaptação do antepassado do dromedário às mudanças ambientais e uma expansão de sua população durante a transição do Pleistoceno médio. A diminuição mais recente da população do antepassado do camelo bactriano ocorreu há ~60 mil anos (Kya), o que corresponde à dispersão dos humanos modernos da África para fora da Eurásia20, lar do camelo bactriano. Portanto, as atividades humanas podem ter impactado a população ancestral recente do camelo bactriano.

O tamanho efectivo da população do antepassado da alpaca diminuiu gradualmente entre ~5.37 Mya, que está mais próximo do limite de tempo do estágio Messiniano e Zanclean (5,33 Mya)15, e 2,09 Mya, que está na era Uquiana (3 a 1,2 Mya), durante a qual o ancestral da alpaca migrou para a América do Sul através da ponte terrestre panamenha no Grande Intercâmbio Biótico Americano21. Isto sugere que a migração pode ter contribuído para a redução do tamanho da população do antepassado da alpaca. Seu tamanho populacional expandiu-se então durante o Pleistoceno, seguido por três períodos de grandes gargalos antes de 501, 139 e 44 Kya. A população sofreu uma grande expansão ~72 Kya, atingindo um tamanho de ~113 × 104 indivíduos. O estrangulamento mais recente (44 Kya) corresponde ao último máximo glacial (48-25 Kya), que foi avançado na América do Sul22, e resultou em uma redução dramática no tamanho da população para ~1,2 × 104 indivíduos. Isto implica que as condições frias na América do Sul naquela época podem ter resultado na constrição do tamanho da população do ancestral da alpaca no final do Pleistoceno.

Evolução do gene

A seguir investigamos os genes camelídeos que estão subjacentes à adaptação ao meio ambiente. Adotamos o CAFÉ23 para identificar famílias de genes que sofreram expansão e contração significativas durante a evolução (Fig. 2 e Métodos Suplementares) e identificamos 373 famílias de genes expandidos e 853 contratados no genoma dromedário, 183 famílias de genes expandidos e 753 contratados no genoma do camelo bactriano e 501 famílias de genes expandidos e 2.189 contratados no genoma alpaca. Muitas das famílias de genes expandidos nestes três camelídeos são significativamente enriquecidas no processo celular, parte celular, atividade do receptor olfativo, categorias de Ontologia Genética (GO) relacionada ao ferro e imunológica (Figuras Suplementares 13-15 e Tabelas Suplementares 36-38). Identificamos 287 genes positivamente selecionados (PSGs) no camelo bactriano (Dados Suplementares 1), 324 PSGs no dromedário (Dados Suplementares 2) e 151 PSGs que eram comuns a ambos os genomas, indicando pressões seletivas similares. Uma avaliação de resíduos únicos de aminoácidos alterados em genes ortológicos que estão presentes em 23 espécies identificou 350 e 343 genes alterados no camelo bactriano e dromedário, respectivamente. Várias categorias sobre-representadas de genes com alterações únicas de resíduos de aminoácidos em camelos foram relacionadas à atividade catalítica, ligação de pequenas moléculas e ligação ATP (Figuras Suplementares 16 e 17, e Tabelas Suplementares 39 e 40). Com base na análise dos blocos sintéticos, 190 genes obtidos foram identificados no camelo bactriano e 126 no dromedário. Esses genes ganhos são significativamente enriquecidos nas categorias olfato e imunológica (Tabelas Suplementares 41 e 42, e Métodos Suplementares).

B metabolismo de energia e gordura

Como a energia é importante para os camelos que vivem em desertos com escassez de alimentos, a seleção dos genes envolvidos nos processos relacionados à energia foi analisada. As características de adaptação de todo o genoma foram identificadas por categorias GO com evolução acelerada por linhagem específica (Dados Suplementares 3-14). Em contraste com o gado, as categorias GO comuns de evolução rápida dos três camelídeos incluíram a resposta celular ao estímulo insulínico (GO:0032869, P<0,001) e a via de sinalização do receptor de insulina (GO:0008286, P<0,001) (Dados Suplementares 4, 8 e 14). Além disso, identificamos uma série de categorias associadas a energia, glicose e metabolismo de gordura que evoluíram mais rapidamente nestes camelídeos do que no gado. Algumas das categorias de GO relacionadas à energia identificadas como evoluindo mais rapidamente no camelo bactriano do que no gado são consistentes com aquelas relatadas anteriormente3. Além disso, 13 genes envolvidos na função mitocondrial, β-oxidação e síntese e transporte de colesterol tiveram alterações de resíduos de aminoácidos que eram exclusivos do camelo Bactriano e do dromedário. Vários genes (ACC2, DGKZ e GDPD4) envolvidos no metabolismo da gordura sofreram expansão no genoma do camelo Bactriano, enquanto as famílias de genes expandidos do dromedário foram enriquecidas na categoria mitocôndria (GO:0005739, P=2,30 × 10-5) (Tabela Suplementar 37).

O número diferente de lombadas nestes três camelídeos pode refletir suas habilidades distintas no metabolismo da gordura. Categorias funcionais associadas com ATP (GO:0006200, GO:0016887, GO:0042626, P<0,01), mitocôndria (GO:0005739, GO:0005759, P<0,01), transporte lipídico (GO:0006869, PBactrian camel=5.33 × 10-5, Pdromedário=0,00016) e resposta ao estímulo de insulina (GO:0032868, camelo PBactriano=0,0005, Pdromedário=1,33 × 10-5) evoluíram rapidamente em ambas as espécies de camelos em comparação com a alpaca (Tabela suplementar 43). As categorias associadas ao metabolismo lipídico evoluíram mais rapidamente no camelo bactriano do que no dromedário, por exemplo, processo catabólico lipídico (GO:0016042, P=0,0015) e diferenciação das células gordurosas (GO:0045444, P=2,54 × 10-9) (Tabela Suplementar 44). Estes genes podem aumentar o armazenamento de energia e a capacidade de produção de um camelo no deserto e também podem refletir uma diferença no metabolismo da gordura e, por sua vez, estar relacionados ao número de lombadas.

Resposta de estresse

Para investigar adaptações a ambientes áridos e quentes, analisamos mais detalhadamente os genes envolvidos nas respostas ao estresse. Em comparação com o gado, categorias associadas com dano e reparo do DNA (GO:0006974, GO:0003684, GO:0006302, P<0,01), apoptose (GO:0006917, GO:0043066, P<0,01), estabilização proteica (GO:0050821, PBactrian camel=0.00021, Pdromedário=3,44 × 10-19) e respostas imunológicas (GO:0006955, GO:0051607, P<0,01) exibiram evolução acelerada em ambas as espécies de camelo (Dados Suplementares 8 e 14). Em comparação com a alpaca, foram identificadas categorias funcionais significativas para co-estimulação de células T (GO:0031295, PBactrian camel=8,67 × 10-32, Pdromedary=9,33 × 10-9), processos de oxidação-redução (GO:0055114, PBactrian camel=4.88 × 10-15, Pdromedário=5,22 × 10-21) e atividade da oxidoredutase (GO:0016491, camelo PBactriano=2,27 × 10-10, Pdromedário=7,23 × 10-7), todos com evolução acelerada em ambos os camelos (Dados Suplementares 6 e 12). Três genes (ERP44, NFE2L2 e MGST2) foram correlacionados com respostas de estresse oxidativo e apresentaram alterações únicas de resíduos de aminoácidos em ambos os genomas dos camelos. As famílias de genes expandidos do dromedário foram enriquecidas em atividade de citocromo c oxidase (GO:0004129, P=5,80 × 10-10) e atividade de monooxigenase (GO:0004497, P=1,32 × 10-5) (Tabela Suplementar 37). Estes resultados fornecem evidências de seleção em camelos para se adaptar às duras condições áridas do ambiente do deserto.

Adaptação do sistema respiratório

Outro desafio do ambiente do deserto é o pó transportado pelo ar, que pode levar a doenças respiratórias, como a asma. Treze PSGs em ambos os camelos, incluindo FOXP3, CX3CR1, CYSLTR2 e SEMA4A, foram relacionados a doenças respiratórias em humanos. Também descobrimos que a categoria de desenvolvimento pulmonar GO (GO:0030324, camelo PBactriano=3,26 × 10-5, Pdromedário=1,18 × 10-19) (Dados Suplementares 6 e 12) evoluiu rapidamente no dromedário e no camelo Bactriano em comparação com a alpaca. A seleção desses genes fornece mais evidências da adaptação dos camelos para suportar os desafios do ambiente desértico.

Adaptação do sistema visual

A radiação solar é outro aspecto do ambiente desértico. A exposição prolongada à radiação ultravioleta pode levar a uma série de condições oftálmicas. Examinamos genes que podem acostumar os olhos dos camelos à extrema irradiação solar no deserto e identificamos seleção positiva nos genes OPN1SW, CX3CR1 e CNTFR, que estão relacionados à fotorecepção e proteção visual, em ambos os camelos. Os resultados também indicaram que a percepção visual (GO:0007601, PBactrian camel=0,0018, Pdromedary=2,49 × 10-14) evoluiu rapidamente em ambos os camelos em comparação com a alpaca (Dados Suplementares 6 e 12). Estes resultados sugerem uma base genética para a capacidade dos camelos de suportar exposição prolongada à luz ultravioleta sem danos ao sistema visual.

Bolbologia do sal

Focamos então no metabolismo do sal dos camelos, considerando o principal efeito do sal no equilíbrio hídrico. Em contraste com um relatório anterior sobre tolerância ao sal3 , nossos resultados indicaram que a categoria de transporte de íons sódio (GO:0006814, PBactrian camel=0,0014, Pdromedary=0,00012) evoluiu mais rapidamente em ambos os camelos do que no gado (Dados Suplementares 8 e 14). A categoria associada com o complexo de canais de potássio em tensão (GO:0008076, camelo PBactriano=8,77 × 10-8, Pdromedário=2,68 × 10-10) evoluiu rapidamente em ambos os camelos em comparação com a alpaca (Dados Suplementares 6 e 12). Notavelmente, o genoma do camelo Bactriano contém duas cópias dos genes NR3C2 e IRS1, ambos desempenham papéis críticos na reabsorção do sódio e no equilíbrio hídrico do rim24,25,26, enquanto outros mamíferos possuem apenas uma única cópia de cada gene. Essa diferença sugere que os camelos podem metabolizar e transportar o sal de forma mais eficiente do que a alpaca e o gado, e esses caminhos são importantes para a reabsorção de água.

Genes expressados diferencialmente e análise de enriquecimento

Para obter maior percepção das características de adaptação ao deserto árido, sequenciamos as transcriptomas da cortical renal e medular de um grupo de camelos bactrianos após 24 dias de condições de restrição hídrica (RW) e as de um grupo controle (GC) (Tabela Complementar 45, e Dados Complementares 15 e 16). Selecionamos genes significativamente upregulados ou desregulados nesses tecidos (Figuras Suplementares 18-21 e Métodos Suplementares) e depois analisamos as categorias GO enriquecidos desses genes (Figuras Suplementares 22-25, Dados Suplementares 17-20 e Métodos Suplementares). Uma sobre-representação das categorias associadas à ligação iónica metálica (GO:0046872, P=1,53 × 10-23) e a regulação dos níveis de fluido corporal (GO:0050878, P=1,37 × 10-6) foi detectada no conjunto de genes corticais renais não preestabelecidos (Dados Suplementares 17). As categorias GO associadas ao processo metabólico da glicose (GO:0006006, P=4,11 × 10-6), gluconeogênese (GO:0006094, P=0,0026), mitocôndria (GO:0005739, P=2,13 × 10-5), a geração de metabólitos e energia precursora (GO:0006091, P=0,0077), resposta aos níveis de nutrientes (GO:0031667, P=0,0064) e resposta ao estresse (GO:0006950, P=0.0094) foram enriquecidos no conjunto de genes renais medulares upregulados (Dados Suplementares 19).

Reabsorção de sódio

Genes codificando o Na+/K+-ATPase e o canal epitelial Na+ (ENaC), que reabsorve o sódio no rim, foram upregulados no córtex renal e na medula sob condições de RR (Tabelas Suplementares 46 e 47). A transcrição flexível das subunidades do ENaC em diferentes tecidos e sob diferentes condições sugere que o camelo regula a atividade reabsorvente de Na+ do ENaC para lidar com diferentes necessidades fisiológicas de água. Estes achados indicam que a regulação da reabsorção de sódio pode ser essencial para a sobrevivência dos camelos em um ambiente com escassez de água.

Reserva de água

O camelo é conhecido por sua adaptação à restrição prolongada da água. Assim, investigamos o mecanismo de reserva de água analisando a transcrição dos genes da família da aquaporina, que são canais de água selectivos com importantes funções na reabsorção e metabolismo da água. AQP1, AQP2 e AQP3 foram os três principais genes expressos de forma diferente no córtex renal e medula sob condições de WR (Tabelas Suplementares 48 e 49, e Suplementar Fig. 26). Esses genes podem permitir que os camelos reabsorvam água de forma mais eficiente em um ambiente com escassez de água. Entretanto, não detectamos AQP4 mRNA no rim do camelo bactriano, consistente com sua falta de expressão no deserto roedor Dipodomys merriami27, mas em contraste com sua abundante expressão no rim humano28. Curiosamente, uma mudança única de resíduos de aminoácidos (R261C) foi observada na AQP4 no genoma do camelo bactriano (Suplemento Fig. 27). Estes achados podem sugerir uma estratégia única para reabsorção de água e metabolismo no rim do camelo.

Osmoregulação

Como a hipertonicidade é a base do equilíbrio hídrico e reabsorção no rim, a expressão dos genes que estão envolvidos na osmoregulação na medula renal foi analisada. O fator nuclear das células T ativadas 5 (NFAT5), o único fator de transcrição regulado por tonicidade conhecido em mamíferos29, foi expresso em 3,66% do nível de controle sob condições de RV (Tabela Complementar 50). Assim, o cotransportador de sódio/mioinossitol (SMIT), o transportador de taurina dependente de sódio e cloro (TauT) e o transportador de betaína dependente de sódio e cloro (BGT1) apresentaram expressão reduzida sob condições de WR. Estes três transportadores transacionados por NFAT5 transportam osmólitos orgânicos compatíveis em células medulares renais (RMCs) em resposta à hipertonicidade30 (Fig. 4). A desregulação do NFAT5 e seus genes alvo durante o estresse hipertônico não foi observada em outros mamíferos29,31, incluindo animais do deserto, como o rato lupulado Spinifex (Notomys alexis)32. Nossos achados indicam que os camelos podem confiar em outras estratégias osmorregulatórias para proteção contra o estresse hipertônico durante a restrição da água a longo prazo.

Osmólitos orgânicos

O acúmulo de osmólitos orgânicos ajuda as RMCs a equilibrar a pressão osmótica entre o ambiente intracelular e extracelular30. A desregulação de TauT, BGT1 e SMIT implica que o transporte de taurina, betaína e mioinositol para as células é diminuído. Notadamente, observamos a upregulação transcripcional da aldose redutase (RA) e a desregulação da sorbitol desidrogenase (SDH) na via do sorbitol; observamos também a upregulação transcripcional da neuropatia esterase alvo (NTE) e a transcrição estável da glicerofosfodiesterofosterase domínio contendo a proteína 5 (GDPD5) na via da glicerofosfocolina (GPC) (Fig. 4 e Tabela Complementar 50). Os padrões de expressão desses genes sugerem que no camelo, sorbitol e GPC podem se acumular sob condições de RMC e que osmólitos podem ser produzidos principalmente pelos próprios RMCs. O sorbitol pode servir como fonte de energia33 e ajudar a equilibrar a osmolalidade do NaCl elevado extracelular34; o custo energético do acúmulo de GPC em resposta ao NaCl elevado ou uréia na medula renal30 pode ser menor do que o do transporte de betaína em células contra um gradiente de concentração elevado30. Assim, essas variações na expressão dos genes relacionados a osmólitos indicam que dois osmólitos ao invés de cinco são utilizados principalmente em resposta à hipertonicidade como parte de um modelo de baixo consumo de energia para sobrevivência de camelos no deserto de escassez alimentar.

Importante, observamos que os níveis de expressão de GLUT1 (transportador de glicose 1) e genes envolvidos na glicólise foram profundamente aumentados na medula renal sob condições de WR (Tabela Complementar 51). Juntamente com um relato anterior de que o nível de expressão de GLUT1 é induzido pelo estresse osmótico e metabólico35 , nossos resultados sugerem que o aumento da ingestão de glicose não só garante uma concentração de glicose suficiente para a síntese de sorbitol, mas também fornece a energia necessária para que o Na/K-ATPase upregulado mantenha o gradiente de íons internos para hipertonicidade adaptada (Fig. 4). Coletivamente, nossas observações sugerem que a característica glicemia elevada (6-8 mmol l-1)36,37 dos camelos pode ser uma estratégia evolutiva adaptável para osmoregulação e reabsorção de água das RMCs durante a antidiurese.

Osmoproteção

Dado o potencial de danos hiperosmóticos às células30, analisamos a expressão dos genes relacionados à proteção celular e constatamos que os níveis de expressão de 25 genes codificadores de antioxidantes e enzimas relacionadas (Tabela suplementar 52) foram maiores na medula renal sob condições de RR. Os genes que codificam fatores de transcrição antioxidantes, incluindo Nrf2, fator de choque térmico-1, complexo proteína-1 ativador, p53, fator nuclear-κB e transdutor de sinal e ativador de transcrição 4 também exibiram expressão elevada na medula renal WR. Além disso, identificamos 14 genes de choque térmico, que contribuem para a eliminação de proteínas desdobradas sob hiperosmolalidade30, que foram upreguladas na medula renal de WR (Tabela suplementar 52). A clusterina gênica, uma acompanhante citoprotetora, foi dramaticamente aumentada em ~8,9 vezes e teve o maior nível de transcrição na medula renal WR (leituras por quilobase por milhão de leituras mapeadas=27.069). Estudos anteriores mostraram que a clusterina é induzida pela glicose38 e associada a diversos estados patológicos, incluindo diabetes39 e lesão renal40. A identificação da clusterina como um PSG no dromedário sugere que este gene pode desempenhar um papel importante na citoproteção da medula renal do camelo durante a restrição da água e que o alto nível de glicose no sangue dos camelos pode servir a uma função durante a osmoproteção. Em geral, a upregulação dos genes osmoprotetores indica que os camelos têm uma sofisticada capacidade osmoprotetora sob condições WR.