jueves, 28 de mayo de 2009

Los genes pueden aprender nuevo trucos

Escarabajo macho de la especie Onthophagus taurus. Créditos: Alex Wild.

Un estudio que se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences por el biólogo de la Universidad de Indiana, Armin Moczek y la investigadora Debra Rose detalla los resultados de su investigación donde dos antiguos genes fueron empelados para constituir un nuevo rasgo en los escarabajos -las astas que al escarabajo cornudo le dan su nombre-. Para lograrlo se han usado los genes distal-less y homotorax, implicados en el desarrollo larval de insectos, por lo que se consideran están fuera del desarrollo de rasgos que aparecen más tarde en los escarabajos.

Para el estudio se han estudiado dos especies de escarabajos cornudo y las secuencias genéticas del distal-less y homotórax que presentaban pocas diferencias, lo que ha sugerido que ambos genes han mantenido sus identidades únicas por la presión slectiva que no ha cambiado. Lo que si ha cambiado es cuándo y dónde se han activado.

"Biólogos evolutivos tienen una idea acertada de lo que se necesita para cambiar la forma de una ala, la longitud de una pierna o la anatomía de un ojo", narra Moczek. "Con lo que hay problemas, es determinar como se han originado estos rasgos. ¿Cómo evoluciono la primera la, el miembro o el fotorreceptor de un antepasado no volador, sin miembros o ciego?"

En la búsqueda a estas respuestas, Moczek y Rose examinaron tres genes de desarrollo que poseen todos los insectos: distal-less, homotórax y dachshund. Los genes que fueron por primera vez categorizados en las moscas de la fruta, se conocen como genes regulatorios de flujo hacia arriba debido a que intervienen en una amplia variedad de los procesos genéticos que ocurren en células de insectos, tales como es el desarrollo de patas, antenas y alas. Moczek considera que en escarabajos cornudos, tales genes podrían estar implícitos de cientos a miles de objetivos.

Entre biólogos evolutivos se tenía poco claro si tales genes -que intervienen en tantos y a la vez distintos procesos- no podían ser modificados con facilidad ya que implicaría que cualquier modificación, por mínima que fuera afectaría el desarrollo del insecto, siendo por último perjudicial y haciéndolo menos apto, desde el punto de vista evolutivo que otros en sus especie.

En el artículo que aparece en PNAS Moczek y Rose han confirmado un aspecto de esta hipótesis. Los tres genes fueron secuenciados y se supo que estaban en buen estado de conservación, o sin cambios, no solo en las especies de escarabajos examinadas, sino que entre las dos especies Onthophagus taurus de Italia y Onthophagus binodis de Sudáfrica, especies que divergieron hace 24 millones de años aproximadamente.

Comprender los efectos de los tres genes en el desarrollo del escarabajo cornudo fue realizado en la investigación empleando un técnica nueva y que dado sus resultados ha resultado prometedora. Tal técnica denominada intereferencia de ARN, desactiva la acción de genes específicos sin que se dejen de realizar otros procesos genéticos. Un proceso que ahora se esta comenzando a imitando y que se conocía desde hace tiempo era empelado como una forma natural de regulación genética en eucariotas.

Conforme se fue desarrollando el estudio se dividieron las larvas de escarabajo de ambas especies en tres grupos: sin inyección, con inyección de tampón de ARN sin sentido e inyección de tampón con transcripciones de interferencia de ARN diseñado para interrumpir uno de los tres genes de desarrollo clave.

Los registros de datos confirmaron que los genes distal-less como homotórax son empleados por O. Taurus y O. Binodis en el desarrollo. Pero se descubrió que el gen distal-less afectaba el desarrollo de los cuernos del tórax (los cuales se forman justo bajo la cabeza) y los cuernos de la cabeza y el gen homotórax solo afectaba el desarrollo de los cuernos en el toráx. El gen danchsund parece que no afectaba el desarrollo de los cuernos en ambas especies.

"Tal parece que la evolución de nuevos rasgos no requiere la evolución de nuevos genes" comenta Moczek. "Muchas innovaciones pueden surgir a partir de la caja de herramientas genética de los organismos".

Aún más importante es el conocimiento sobre como los genes de desarrollo son agentes en potencia, no sólo en genes cuyas funciones se han considerado no esenciales o limitadas en sus efectos.

En el artículo en PNAS también se hace referencia a la pleiotropía, un concepto que indica como un gen puede participar e influir en muchos rasgos.

"Puede que el concepto de pleiotropía sea demasiado simplista", dice Moczek. "Ahora se sabe que los genes fundamentales de desarrollo pueden adquirir nuevas y diversas funciones con relativa facilidad, ya que la pleiotropía puede no ser tan restrictiva como se había pensado".

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