Redefiniendo el árbol de la vida de los mamíferos. El objetivo final de este estudio es identificar mejor la base genética de los rasgos y enfermedades en las personas y otras especies. Y lo más importante es que su trabajo proporciona una respuesta definitiva a la línea de tiempo evolutiva de los mamíferos a lo largo de los últimos 100 millones de años.
La importancia de la Filogenia
La investigación de la Universidad de Texas A&M, dirigida por el Dr. William J. Murphy, profesor del Departamento de Biociencias Integrativas Veterinarias. Y la Dra. Nicole Foley, científica investigadora asociada en el laboratorio de Murphy, tiene sus raíces en la filogenia, una rama de la biología que trata con las relaciones evolutivas y la diversificación de organismos vivos y extintos.
“El argumento central es sobre si los mamíferos placentarios (mamíferos que se desarrollan dentro de las placentas) divergieron antes o después del evento de extinción del Cretácico-Paleógeno (o K-Pg) que acabó con los dinosaurios no aviares”, compartió Foley.
«Al realizar nuevos tipos de análisis que solo son posibles debido al alcance masivo de Zoonomia, respondemos a la pregunta de dónde y cuándo se diversificaron y evolucionaron los mamíferos en relación con la extinción masiva de K-Pg».
Y concluye que los mamíferos comenzaron a diversificarse antes de la extinción de K-Pg. Como resultado de la deriva continental, que provocó que las masas terrestres de la Tierra se separaran y se volvieran a unir durante millones de años.
La extinción de K-Pg
Otro pulso de diversificación ocurrió inmediatamente después de la extinción K-Pg de los dinosaurios. Cuando los mamíferos tenían más espacio, recursos y estabilidad. Esta tasa acelerada de diversificación condujo a la rica diversidad de linajes de mamíferos. Que son los carnívoros, primates y animales con pezuñas, que comparten la Tierra en la actualidad.
También compararon genomas de mamíferos para comprender la base de fenotipos notables. La expresión de ciertos genes, como los ojos marrones frente a los azules. Y los orígenes de la enfermedad. Foley señaló que la diversidad entre los mamíferos placentarios se manifiesta tanto en sus rasgos físicos como en sus extraordinarias habilidades.
“Los mamíferos de hoy representan una enorme diversidad evolutiva, desde el vuelo zumbante del diminuto murciélago abejorro hasta el lánguido deslizamiento de la enorme ballena azul mientras nada a través de los vastos océanos de la Tierra. Múltiples especies han evolucionado para ecolocalizar. Algunas producen veneno, mientras que otras han desarrollado resistencia al cáncer y tolerancia viral”, dijo. Redefiniendo el árbol de la vida de los mamíferos.
Proyecto Zoonomía
“Poder observar las diferencias y similitudes compartidas entre las especies de mamíferos a nivel genético puede ayudarnos a descubrir las partes del genoma que son fundamentales para regular la expresión de los genes”, continuó. «Ajustar esta maquinaria genómica en diferentes especies ha llevado a la diversidad de rasgos que vemos en los mamíferos vivos de hoy».
Murphy compartió que la filogenia resuelta de los mamíferos de Foley es crucial para los objetivos del Proyecto Zoonomia. Cuyo objetivo es aprovechar el poder de la genómica comparativa como una herramienta para la medicina humana y la conservación de la biodiversidad.
“El Proyecto Zoonomía es realmente impactante porque es el primer análisis que alinea 241 genomas de mamíferos diversos al mismo tiempo. Y utiliza esa información para comprender mejor el genoma humano”, explicó.
“El principal impulso para reunir este gran conjunto de datos fue poder comparar todos estos genomas con el genoma humano. Y luego determinar qué partes del genoma humano han cambiado a lo largo de la historia evolutiva de los mamíferos”.
Determinar qué partes de los genes se pueden manipular y qué partes no se pueden cambiar sin causar daño a la función del gen es importante para la medicina humana. Un estudio reciente en Science Translational Medicine dirigido por uno de los colegas de Murphy y Foley, el genetista de Texas A&M Dr. Scott Dindot, utilizó el enfoque de genómica comparativa.
Y lo hizo para desarrollar una terapia molecular para el síndrome de Angelman. Quew es un trastorno neurogenético raro y devastador. Una afeccion grave que se desencadena por la pérdida de la función del gen materno UBE3A en el cerebro. Redefiniendo el árbol de la vida de los mamíferos.
Ayudando a otras especies
El equipo de Dindot aprovechó las mismas medidas de restricción evolutiva identificadas por el Proyecto Zoonomia. Y las aplicó para identificar un objetivo genético crucial pero previamente desconocido, que puede usarse para rescatar la expresión de UBE3A en neuronas humanas.
Murphy dijo que ampliar la capacidad de comparar genomas de mamíferos mediante el uso del conjunto de datos más grande de la historia ayudará a desarrollar más curas y tratamientos. Y que hasta podrían solucionarse las dolencias de otras especies arraigadas en la genética, incluidos los gatos y los perros.
“Por ejemplo, los gatos tienen adaptaciones fisiológicas arraigadas en mutaciones únicas que les permiten consumir una dieta exclusivamente rica en grasas y proteínas que es extremadamente poco saludable para los humanos”, explicó Murphy. “Uno de los aspectos hermosos de la alineación de 241 especies de Zoonomia es que podemos elegir cualquier especie (no solo humana) como referencia. Y determinar qué partes del genoma de esa especie son libres de cambiar y cuáles no pueden tolerar el cambio.
En el caso de los gatos, por ejemplo, es posible que podamos ayudar a identificar adaptaciones genéticas en esas especies que podrían conducir a objetivos terapéuticos para las enfermedades cardiovasculares en las personas”. La filogenia de Murphy y Foley también desempeñó un papel fundamental en muchos de los artículos posteriores que forman parte del proyecto.
Genómica de goteo
“Es genómica de goteo”, explicó Foley. “Una de las cosas más gratificantes para mí al trabajar como parte de un proyecto más amplio fue ver cuántos proyectos de investigación diferentes se mejoraron al incluir nuestra filogenia en sus análisis. Esto incluye estudios sobre la genómica de la conservación de especies en peligro de extinción. Hasta aquellos que observaron la evolución de diferentes rasgos humanos complejos”.
Foley dijo que fue significativo y gratificante responder definitivamente a la muy debatida pregunta sobre el momento del origen de los mamíferos. Y producir una filogenia ampliada que sienta las bases para las próximas generaciones de investigadores.
“En el futuro, esta alineación masiva del genoma y su registro histórico de la evolución del genoma de los mamíferos serán la base fundamental. Y a partir de ella se buscarán las respuestas de cualquier pregunta comparativa en los mamíferos”, dijo. «Y eso es genial». Redefiniendo el árbol de la vida de los mamíferos.
Datos del estudio
La investigación de Murphy y Foley fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias y es una parte del Proyecto Zoonomía dirigido por Elinor Karlsson y Kerstin Lindblad-Toh, del Instituto Broad. Y se realizó con colaboradores de la Universidad de California, Davis. Y con los de la Universidad de California, Riverside y el Museo Americano de Historia Natural.
El estudio, publicado en Science, es parte de una serie de artículos publicados por Zoonomia Project. Que es un consorcio de científicos de todo el mundo que está utilizando el conjunto de datos genómicos de mamíferos más grande de la historia. Y lo hace para determinar la historia evolutiva del genoma humano en el contexto de la historia evolutiva de los mamíferos.