Keunikan Gen Si Leher Panjang

Dengan leher yang panjang, jerapah merupakan cerminan keanehan evolusi. Sayangnya, sejauh ini para ilmuwan hanya tahu sedikit tentang dasar-dasar genetik dari adaptasi ekstrem semacam itu.

Genom jerapah yang diperbarui, yang penelitiannya diterbitkan dalam Science Advances, mengungkap wawasan baru tentang bagaimana spesies ini mengakomodasi apa yang oleh Rasmus Heller, ahli genetika evolusioner di Universitas Kopenhagen, Denmark, sekaligus penulis studi, sebut sebagai "arsitektur tubuh yang sangat aneh".

Misalnya, tulang jerapah tumbuh lebih cepat dibanding hewan lain. Tekanan darah yang diperlukan untuk memompa darah ke leher sepanjang 1,8 meter akan berakibat fatal jika hal itu terjadi pada manusia.

“Bagi seorang ahli biologi evolusioner, tidak ada gunanya mencoba menjelaskan apa yang menyebabkan hewan tersebut terlihat seperti itu dan perubahan genetik seperti apa yang diperlukan,” ucap Heller.

Beberapa tahun lalu, Heller dan koleganya meluncurkan Proyek Genom Ruminansia (RGP), sebuah upaya multi-tim untuk menyempurnakan genom semua mamalia berkuku genap. Genom spesies yang penting secara komersial, seperti sapi, dipelajari dengan baik, tapi spesies liar mendapat perhatian lebih sedikit.

Penelitian genom jerapah pertama diterbitkan pada 2016. Dalam penelitian tersebut, para peneliti menyelaraskan genom jerapah dengan genom sapi, anjing, dan manusia. Dengan dirilisnya tiga makalah pada 2019 terkait dengan RGP oleh para peneliti, total jumlah genom ruminansia yang tersedia untuk perbandingan melonjak dari enam menjadi 50.

Untuk menghasilkan genom jerapah yang lebih akurat, tim menggunakan beberapa teknologi pengurutan, yang pada akhirnya memetakan hampir 98 persen DNA jerapah, dibandingkan dengan kira-kira dua pertiga pada genom sebelumnya.

Kesenjangan di antara keduanya sebagian besar telah diisi oleh munculnya teknologi sequensing yang dapat menghasilkan pembacaan sequensing DNA yang lebih lama, dikombinasikan dengan genom ruminansia tambahan yang sekarang digunakan untuk menyelaraskan genom jerapah dan memberi keterangan pada gennya.

Saat memindai apa yang membuat jerapah unik, ada baiknya melihat apa yang membedakan mereka dari kerabat terdekatnya, bukan dari spesies yang berkerabat jauh. Pada tingkat kromosom, jerapah berbeda dari sepupu jauh mereka yang memamah biak, terpisah 11,5 juta tahun dari kerabat terdekat mereka, okapi.

Sebagian besar hewan pemamah biak memiliki 30 kromosom, tapi jerapah hanya memiliki 15 kromosom. Kromosom ini hasil dari serangkaian peristiwa fisi dan fusi dari waktu ke waktu.

Jerapah adalah mamalia artiodactyl Afrika, hewan darat tertinggi dan pemamah biak terbesar. Selama ini jerapah dianggap hanya ada satu spesies, yakni Giraffa camelopardalis, dengan sembilan subspesies.

Heller mengatakan ruminansia sebagai suatu kelompok lebih sering mengatur ulang kromosom jerapah daripada hewan lain. Alasannya belum jelas. "Ini pertanyaan bagus," kata Heller. “Kami tidak tahu apa signifikansi fungsionalnya.”

Ketika tim menyelidiki genom lebih jauh, mereka mengidentifikasi hampir 500 gen yang unik untuk jerapah atau mengandung varian yang hanya ditemukan pada jerapah.

Analisis fungsional gen ini menunjukkan bahwa gen tersebut paling sering dikaitkan dengan pertumbuhan dan perkembangan, sistem saraf dan visual, ritme sirkadian, serta pengaturan tekanan darah, semua faktor yang membuat jerapah berbeda dari hewan pemamah biak lainnya.

Sebagai konsekuensi dari perawakannya yang tinggi, misalnya, jerapah harus mempertahankan tekanan darah kira-kira 2,5 kali lebih tinggi daripada tekanan darah manusia untuk memompa darah ke otak mereka.

Selain itu, jerapah memiliki penglihatan yang tajam untuk memindai cakrawala. Lantaran memiliki tubuh yang aneh, mereka sulit berdiri dengan cepat. Mereka tidur nyenyak, sering kali berdiri dan hanya beberapa menit pada suatu waktu, kemungkinan besar akibat perubahan gen selama evolusi yang mengatur ritme sirkadian.

Di antara ratusan gen itu, FGFRL1 paling menonjol. Selain menjadi gen jerapah yang paling berbeda dari ruminansia lain, tujuh substitusi asam aminonya unik untuk jerapah.

Pada manusia, gen ini tampaknya terlibat dalam perkembangan kardiovaskular dan pertumbuhan tulang. Hal ini membuat para peneliti berhipotesis bahwa gen tersebut mungkin juga berperan dalam adaptasi unik jerapah ke kehidupan yang sangat vertikal.

Untuk menguji ide ini, Heller dan timnya menggunakan CRISPR untuk membuat tikus dengan gen FGFRL1 tipe jerapah. Memasukkan gen khusus jerapah tidak menyebabkan perubahan drastis pada penampilan tikus—mereka tidak, seperti yang diharapkan tim, menumbuhkan ikon leher jerapah yang panjang—tapi ada sesuatu yang disebut Heller sebagai "perubahan yang lebih halus".

Tulang tikus prenatal dengan genotipe jerapah tumbuh lebih lambat dibanding tikus lain. Namun, begitu lahir, tikus CRISPR dengan cepat tumbuh ke ukuran besar.

Ketika para peneliti melihat lebih dekat pada struktur tulang, mereka menemukan bahwa tikus dengan varian jerapah memiliki kepadatan mineral tulang yang sedikit lebih tinggi, mekanisme kompensasi yang mencegah tulang yang tumbuh cepat menjadi lemah secara struktural.

“Apa yang kami jadikan hipotesis sementara adalah itu. Gen ini melakukan sesuatu untuk membantu jerapah menumbuhkan tulang yang kuat meski memiliki tingkat pertumbuhan tulang tercepat dari hewan yang dikenal lainnya,” kata Heller.

Douglas Cavener, ahli biologi molekuler di Penn State yang merupakan bagian dari tim yang mengurutkan genom jerapah pertama, mengatakan tidak ada perubahan morfologis yang jelas. Dia pun setuju dengan hipotesis tim.

“Saya menduga FGFRL1 terlibat secara kritis dalam perbedaan spesifik jerapah dalam kerangka, tapi ada gen lain yang juga diperlukan yang belum dimasukkan ke tikus CRISPR,” kata Cavener. “FGFRL1 mungkin perlu, tapi itu tidak cukup.”

Untuk menilai apakah FGFRL1 membantu jerapah mengatasi hipertensi yang diperlukan untuk mendorong darah ke seluruh tubuh panjang mereka, tim Heller selanjutnya menyuntikkan lima tikus mutan dan lima tikus normal dengan obat yang disebut angiotensin-II yang menyebabkan tekanan darah tinggi.

Mereka juga memasukkan lima tikus mutan yang tidak menerima obat sebagai kontrol. Setelah 28 hari, tikus normal mengalami hipertensi dan mulai menderita kerusakan jantung serta ginjal.

Sementara itu, tikus tipe jerapah sebagian besar tidak terpengaruh. Hal ini merupakan sebuah temuan yang menunjukkan bahwa FGFRL1 melindungi dari tekanan darah tinggi seumur hidup pada jerapah.

“Apa yang benar-benar membuat makalah ini penting adalah eksperimen yang mereka lakukan dengan infus angiotensin,” kata Julian Lui, staf ilmuwan di Institut Nasional Kesehatan Anak dan Perkembangan Manusia, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Julian mengatakan kepada The Scientist bahwa hasil ini memberikan "wawasan tentang salah satu bagian dari kisah jerapah karena jerapah memiliki adaptasi evolusioner yang unik untuk mengatasi hipertensi."

Selain menumbuhkan pemahaman yang lebih lengkap tentang genetika jerapah—pengetahuan yang mungkin berguna dalam melindungi mereka karena terdaftar sebagai spesies yang rentan terhadap kepunahan oleh Persatuan Internasional untuk Konservasi Alam.

Heller menambahkan, meskipun belum ada bukti bahwa FGFRL1 dikaitkan dengan penyakit jantung pada manusia, ini merupakan tempat yang menjanjikan untuk mulai mencari.

"Ketika kami menemukan gen yang terkait dengan fenotipe yang kami minati sebagai manusia, wajar jika setidaknya kami mengajukan pertanyaan," kata Heller. “Apa yang kami lakukan di sini adalah mengidentifikasi varian baru dari gen yang mungkin memiliki dampak dramatis dalam mengendalikan hipertensi di beberapa tempat. Itu membuatnya menjadi gen yang menarik untuk dipelajari lebih lanjut.”

THE SCIENTIST | FIRMAN ATMAKUSUMA