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viernes, enero 27, 2023

Secuenciación de peces africanos, diversos mecanismos moleculares condujeron la evolución de los vertebrados

Además de ayudar a explicar los complejos mecanismos genómicos que dieron lugar a una diversidad increíble de cíclidos, los resultados de estos «mutantes naturales» arrojan más luz sobre el proceso molecular de la evolución de todas las especies de vertebrados.

En un esfuerzo por entender las bases moleculares de la evolución de los vertebrados, investigadores han secuenciado los genomas y transcriptomas de cinco especies de peces cíclidos africanos.

El equipo, dirigido por científicos del ha encontrado una variedad de características en los genomas de los cíclidos que permitió a los peces prosperar en nuevos hábitats y nichos ecológicos dentro de los grandes lagos de África oriental.

Además de ayudar a explicar los complejos mecanismos genómicos que dieron lugar a una diversidad increíble de cíclidos, los resultados de estos «mutantes naturales» arrojan más luz sobre el proceso molecular de la evolución de todas las especies de vertebrados. El nuevo trabajo, realizado con expertos del Instituto Federal Suizo de Ciencias Acuáticas (EAWAG, por sus siglas en alemán) y el Instituto de Tecnología de Georgia, en Estados Unidos, además de más de 70 científicos internacionales especialistas en cíclidos, se publica este miércoles en la edición digital de ‘Nature’.

«Nuestro estudio revela una variedad de métodos que utiliza la naturaleza para permitir a los organismos adaptarse a diferentes ambientes«, resume la coautora principal Kerstin Lindblad-Toh, directora científica de Biología del Genoma de los Vertebrados en el Instituto Broad, profesora de Genómica Comparativa en la Universidad de Uppsala, en Suecia, y codirectora del Laboratorio sueco de Ciencias de la Vida.

«Estos mecanismos están probablemente también en funcionamieno en los seres humanos y otros vertebrados y, centrándonos en la notable diversidad de peces cíclidos, hemos sido capaces de estudiar este proceso a gran escala por primera vez», añade.

Los peces cíclidos africanos son algunos de los grupos de organismos más fenotípicamente diversos en el planeta, con más de 2.000 especies conocidas. Algunos lagos son el hogar de cientos de especies distintas que evolucionaron a partir de una especie ancestral común que dejó el río Nilo para colonizar lagos particulares. Al igual que los pinzones de Darwin, los cíclidos son un dramático ejemplo de radiación adaptativa, el proceso por el cual múltiples especies «irradian» de una especie ancestral a través de la adaptación.

Los investigadores querían estudiar el genoma de los cíclidos como un sistema modelo y determinar qué permitió que estos peces se diversificaranampliamente en un tiempo relativamente corto. Por ello, los científicos secuenciaron los genomas y transcriptomas, el ARN a partir de diez tejidos, de cinco linajes distintos de cíclidos africanos.

Las especies secuenciadas son la tilapia del Nilo (en la imagen), que representa el linaje ancestral, y cuatro especies de África oriental: una que habita en un río cerca del lago Tanganica; otra que colonizó el lago Tanganica hace entre 10 y 20 millones de años; una especie de cíclido que se asentó en el lago Malawi hace cinco millones de años; y especies del lago Victoria, donde los peces se irradiaron hace entre 15.000 y 100.000 años.

Tras analizar los datos, los investigadores encontraron un sorprendente número de cambios genómicos en juego. En comparación con el linaje ancestral, los genomas de los cíclidos del este africano poseen un exceso de duplicaciones de genes; alteraciones en elementos reguladores, elementos no codificantes de proteínas en el genoma; una evolución acelerada de elementos codificantes de proteínas, sobre todo en los genes de la pigmentación; y otras características distintas que afectan a la expresión de genes, como inserciones de elementos de transposición y regulación de nuevos microARNs.

«No es un gran cambio en el genoma de este pez, sino un montón de mecanismos moleculares distintos utilizados para lograr esta increíble adaptación y especiación«, subraya Federica Di Palma, coautora del estudio y exdirectora adjunta se Secuenciación y Análisis de los Vertebrados y ahora directora de Ciencia en Vertebrados y de Salud Genómica en El Centro de Análisis del Genoma en Reino Unido.

Algunos cambios en el genoma parecen haberse acumulado antes de que las especies dejaran los ríos para colonizar lagos y radiar en cientos de especies, lo que sugiere que los cíclidos estuvieron una vez en un periodo de restricción limitada. Durante este tiempo, los peces acumularon diversidad a través de mutaciones genéticas y la restricción se relajó, de forma que todos los individuos prosperaron, no sólo los más aptos, permitiendo la acumulación de variación genética.

Como el pez más tarde habitó nuevos nichos ambientales dentro de los lagos, las nuevas especies podrían formarse rápidamente a través de la selección. De esta manera, un depósito de mutaciones y fenotipos resultantes representaba una «caja de herramientas genómica» que permitió una rápida adaptación.

El uso de estos «mutantes naturales» como un sistema modelo puede arrojar luz sobre la biología humana y las enfermedades. «Al aprender cómo las poblaciones naturales, como los peces, se adaptan y evolucionan bajo presiones selectivas, podemos aprender cómo estas presiones afectan a los seres humanos en términos de salud y enfermedad», concluye Di Palma.

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