Pengurutan Genom Ungkap Wawasan Baru Evolusi Kucing

Pengurutan genom kucing telah menyingkap bagaimana binatang ini berevolusi menjadi spesies berbeda.

KOMPAS/DIONISIUS REYNALDO TRIWIBOWO

Dinda Rahma Hadiputri, dokter hewan dan pengelola Klinik PAWS Health Palangkaraya, memeriksa keadaan kucing kuwuk yang ditemukan warga Kota Palangkaraya, Kalimantan Tengah, Minggu (22/10/2023). Kucing kuwuk (Prionailurus baengalensis) merupakan kucing hutan Kalimantan, predator puncak di Kalimantan Tengah dengan status sangat terancam punah.

JAKARTA, KOMPAS — Para peneliti berhasil mengurutkan genom kucing yang menjelaskan bagaimana binatang ini berevolusi menjadi sejumlah spesies yang unik, seperti singa, harimau, dan kucing rumahan. Temuan ini membuka pintu bagi orang-orang untuk mempelajari penyakit, perilaku, dan konservasi kucing.

Tim peneliti dari Texas A&M School of Veterinary Medicine & Biomedical Sciences (VMBS) dan tim kolaborator interdisipliner melaporkan temuan terbaru mereka di Nature Genetics pada Kamis (2/11/2023). Kevin R Bredemeyer, ahli genetika binatang dari VMBS menjadi penulis pertama kajian ini.

Bredemeyer dalam paper-nya menulis, penelitian dilakukan dengan membandingkan genom beberapa spesies kucing. ”Laporan kami mengungkap wawasan baru tentang bagian mana dari DNA kucing yang paling mungkin berevolusi dengan cepat dan bagaimana peran mereka dalam diferensiasi spesies,” tulis Bredemeyer.

Baca juga: Menghitung Hari Harimau Sumatera

Studi ini juga menyoroti peran genom untuk mengungkap mekanisme struktural yang mendasari evolusi kariotipe atau kumpulan kromosom lengkap suatu individu, isolasi reproduksi, dan adaptasi relung ekologi. Hal ini membantu menjelaskan mengapa harimau sumatra, misalnya, memiliki kemampuan penciuman yang lebih tajam dibandingkan dengan singa afrika atau dengan kucing rumahan.

”Tujuan kami adalah untuk lebih memahami bagaimana kucing berevolusi dan dasar genetik dari perbedaan sifat antar spesies kucing,” kata Bill Murphy, profesor biosains integratif veteriner VMBS yang memiliki spesialisasi evolusi kucing dalam keterangan tertulis. ”Kami ingin memanfaatkan beberapa teknologi baru yang memungkinkan untuk membuat peta genom kucing yang lebih lengkap.”

WILLIAM MURPHY DKK (2023)

Grafik yang menggambarkan bagaimana trio binning (pendekatan baru pembacaan genetik yang memanfaatkan heterozigositas alih-alih mencoba menghilangkannya) menghasilkan genom spesies induk dari hibrida F1 dengan skala waktu evolusi di sebelah kiri. Kredit: William Murphy, Texas A&M University, dan rekannya dalam Nature Genetics (2023)

Menurut Murphy, temuan ini membuka pintu bagi orang-orang untuk mempelajari penyakit, perilaku, dan konservasi kucing. ”Mereka akan bekerja dengan pemahaman yang lebih lengkap tentang perbedaan genetik yang membuat setiap jenis kucing unik,” katanya.

Salah satu hal yang coba dipahami lebih baik oleh para ilmuwan adalah mengapa kromosom kucing lebih stabil dibandingkan kelompok mamalia lainnya. Kromosom ini merupakan struktur seluler yang berisi informasi genetik untuk sifat-sifat, seperti warna bulu, ukuran, dan kemampuan sensorik.

”Kami sudah lama mengetahui bahwa kromosom kucing pada berbagai spesies sangat mirip satu sama lain,” kata Murphy. ”Misalnya, kromosom singa dan kucing domestik hampir tidak berbeda sama sekali. Tampaknya terdapat jauh lebih sedikit duplikasi, penataan ulang, dan jenis variasi lainnya dibandingkan yang biasa ditemukan pada kera besar.”

Karena kucing adalah predator yang sangat bergantung pada penciuman untuk mendeteksi mangsanya, indera penciuman mereka adalah bagian yang cukup penting dalam diri mereka.

Pada ordo primata, variasi genetik semacam ini telah menyebabkan evolusi berbagai spesies, termasuk manusia dan kera besar. ”Genom kera besar cenderung terpecah dan tersusun ulang dan bahkan genom manusia memiliki wilayah yang sangat tidak stabil,” kata Murphy.

Variasi ini mungkin memengaruhi individu tertentu untuk memiliki kondisi genetik, seperti autisme dan kelainan neurologis lainnya. Kunci dari variasi antara kucing dan kera ini, seperti yang ditemukan Murphy, tampaknya adalah frekuensi dari sesuatu yang disebut duplikasi segmental, yaitu segmen DNA yang merupakan salinan yang sangat mirip dengan segmen DNA lain yang ditemukan di tempat lain dalam genom.

”Peneliti genom primata telah mampu menghubungkan duplikasi segmental ini dengan penataan ulang kromosom,” katanya. Semakin banyak duplikasi segmental yang Anda miliki dalam DNA Anda, semakin besar kemungkinan kromosom untuk disusun ulang, dan seterusnya.

KOMPAS/FAKHRI FADLURROHMAN

Warga memegang kucing peliharaannya berjenis campuran ras kampung dan anggora di RW 05 Sunter Agung, Jakarta Utara, Rabu (19/7/2023).

Variasi DNA

Meskipun kucing mungkin tidak memiliki banyak perubahan genetik dalam DNA mereka, mereka masih memiliki banyak perbedaan. Melalui penelitiannya, Murphy dan rekan-rekannya kini lebih memahami bagian mana dari DNA kucing yang menyebabkan variasi tersebut, terutama variasi yang menentukan spesiasi atau perbedaan antarspesies.

”Ternyata ada wilayah besar di tengah kromosom X tempat sebagian besar penataan ulang genetik terjadi,” kata Murphy. ”Faktanya, ada satu elemen berulang spesifik di wilayah ini yang disebut DXZ4 yang berdasarkan bukti menunjukkan bahwa kita bertanggung jawab atas isolasi genetik setidaknya pada dua spesies kucing, kucing domestik dan kucing hutan.”

Baca juga: Tanpa Koridor, Kucing Besar Terakhir Jawa Bisa Punah

DXZ4 adalah apa yang disebut Murphy sebagai pengulangan satelit. Ini bukan gen khas yang mengode sifat fisik seperti warna bulu, melainkan membantu struktur tiga dimensi kromosom X dan kemungkinan memainkan peran penting dalam spesiasi kucing.

”Kami masih belum mengetahui mekanisme pastinya, tetapi dengan membandingkan semua genom kucing ini, kami dapat mengukur dengan lebih baik laju evolusi DXZ4 pada satu spesies dibandingkan spesies lainnya. Apa yang kami pelajari adalah bahwa DXZ4 adalah salah satu yang paling cepat bagian genom kucing berevolusi; ia berevolusi 99,5 persen lebih cepat dari genom lainnya,” jelasnya.

WILLIAM MURPHY DKK (2023)

Grafik yang membandingkan jumlah variasi genetik tertentu antara primata dan kucing dalam skala waktu evolusi. Kredit: William Murphy, Texas A&M University, dan rekannya dalam Nature Genetics (2023)

Gen mengendus

Dengan menggunakan urutan genom baru yang sangat rinci, tim juga menemukan hubungan yang lebih jelas antara jumlah gen penciuman yang mengatur deteksi aroma pada kucing dan variasi perilaku sosial serta hubungannya dengan lingkungan sekitar.

”Karena kucing adalah predator yang sangat bergantung pada penciuman untuk mendeteksi mangsanya, indera penciuman mereka adalah bagian yang cukup penting dalam diri mereka,” kata Murphy. ”Kucing adalah keluarga yang sangat beragam dan kami selalu ingin memahami bagaimana variasi genetik berperan dalam kemampuan penciuman spesies kucing yang berbeda di lingkungan yang berbeda.”

”Singa dan harimau memiliki perbedaan yang cukup besar antara gen bau tertentu yang terlibat dalam mendeteksi feromon, yaitu bahan kimia yang dilepaskan oleh hewan berbeda ke lingkungan untuk mengomunikasikan informasi tentang identitas, wilayah, atau bahaya,” lanjutnya.

Baca juga: Kucing, di Mana-mana Ada Kucing

”Kami pikir perbedaan besar ini ada hubungannya dengan singa sebagai hewan sosial yang hidup dalam kelompok keluarga dan harimau yang hidup menyendiri. Singa mungkin tidak terlalu bergantung pada feromon dan bau lain karena mereka terus-menerus berada di dekat singa lain, hal ini tecermin dari semakin sedikitnya populasi singa. gen jenis ini dalam genomnya,” katanya.

Sebaliknya, harimau harus mampu mencium mangsa di wilayah yang sangat luas dan menemukan pasangan. ”Harimau, secara umum, memiliki repertoar reseptor penciuman dan feromon yang besar,” jelas Murphy. ”Kami pikir hal ini terkait langsung dengan luas wilayah mereka dan keragaman lingkungan tempat mereka tinggal.”

Sebaliknya, kucing rumahan tampaknya telah kehilangan banyak gen penciuman.

”Jika mereka tidak perlu melakukan perjalanan jauh untuk mencari apa yang mereka butuhkan karena mereka tinggal bersama manusia, masuk akal jika seleksi alam tidak akan melestarikan gen-gen tersebut,” katanya.

Murphy menceritakan bahwa contoh favoritnya dari proyek ini adalah reseptor bau dari kucing pemancing, spesies kucing liar yang beradaptasi dengan perairan yang hidup di Asia Tenggara.

”Kami dapat menunjukkan bahwa kucing pemancing masih memiliki banyak gen untuk mendeteksi bau yang ditularkan melalui air, yang merupakan sifat langka pada vertebrata darat,” katanya. ”Semua spesies kucing lainnya telah kehilangan gen spesifik ini seiring berjalannya waktu, namun kucing pemancing masih memilikinya.”

Informasi baru tentang gen penciuman pada kucing ini dimungkinkan melalui pendekatan baru terhadap pengurutan genom yang disebut trio binning, yang memungkinkan para peneliti mengurutkan wilayah genom yang paling sulit.

Adaptasi lingkungan

”Dengan trio binning, kini Anda dapat mengambil DNA dari hibrida F1—hewan yang DNA-nya terbagi 50-50 antara induk dari spesies berbeda—dan dengan rapi memisahkan DNA ibu dan ayah sehingga menghasilkan dua set DNA lengkap, satu untuk masing-masing set DNA. spesies induk,” kata Murphy. ”Prosesnya jauh lebih sederhana dan hasilnya lebih lengkap.”

Salah satu kesimpulan terpenting dari proyek ini adalah bahwa spesies kucing mungkin serupa dalam banyak hal, tetapi perbedaannya penting.

”Perbedaan ini menunjukkan kepada kita betapa hewan-hewan ini sangat cocok dengan lingkungan alaminya,” kata Murphy. Mereka tidak dapat dipertukarkan dan itu adalah informasi berharga bagi para konservasionis dan pihak lain yang berupaya melestarikan atau memulihkan spesies di habitat alami mereka.

Baca juga: Kucing Busok Menuju Pengakuan Internasional

“Misalnya, Anda tidak bisa berasumsi bahwa harimau dari Sumatera dan Siberia itu sama,” ujarnya. “Lingkungan mereka sangat berbeda, dan populasi harimau tersebut kemungkinan besar telah mengembangkan adaptasi genetik khusus untuk membantu mereka bertahan hidup di tempat yang sangat berbeda.”

Penting juga bagi para ilmuwan untuk menyadari bahwa bagian genom yang paling sulit untuk disusun mungkin merupakan kunci untuk memahami sistem tubuh yang penting seperti kekebalan dan reproduksi.

“Gen penciuman bukanlah satu-satunya gen yang sulit diurutkan dan dipelajari. Para ilmuwan juga kesulitan mengurutkan gen imun dan reproduksi, sehingga penelitian sebelumnya kehilangan informasi semacam ini. Bayangkan mencoba mempelajari kondisi genetik pada kucing, manusia, atau spesies apa pun, tanpa memiliki seluruh bagiannya; inilah mengapa menyusun genom lengkap itu penting," kata Murphy.