13/May/09

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¿Los genes antiguos pueden aprender nuevos trucos?

Los científicos están aprendiendo cómo crear mutaciones programadas y dirigidas

Un nuevo estudio en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences por parte del biólogo de la Universidad de Indiana en Bloomington, Armin Moczek, y de la investigadora asociada Debra Rose, informa que dos antiguos genes fueron "invitados" a ayudar a construir un nuevo rasgo en los escarabajos, las elaboradas astas que le dan al escarabajo cornudo su nombre.

Machos de Onthophagus taurus. Un nuevo estudio
sugiere que varios genes implicados en crear las patas
y antenas fueron seleccionados para hacer los cuernos
de los escarabajos. Los cuernos son un rasgo nuevo que es
único en los escarabajos cornudos. Crédito: Alex Wild

Los genes distal-less y homotórax, tocan la mayor parte de los aspectos del desarrollo larval del insecto, y por tanto se han considerado fuera de los límites de la creación de nuevos rasgos.

En las dos especies estudiadas de escarabajo cornudo por Moczek y Rose, las secuencias genéticas de distal-less y homotórax eran apenas distintos, lo que sugiere que los dos genes han mantenido sus identidades únicas debido a que la presión selectiva no ha cambiado. Lo que ha cambiado no era los propios genes, sino cuándo y dónde se activan.

"Los biólogos evolutivos tienen una buena idea de lo que se necesita para cambiar la forma de un ala, la longitud de una pierna, o la anatomía de un ojo", dijo Moczek. "Con lo que hemos tenido problemas, no obstante, es cómo se originaron estos rasgos en primer término. ¿Cómo evoluciona esa primera ala, miembro o fotorreceptor, a partir de un ancestro no volador, sin miembros y ciego?"

Para investigar estas cuestiones, Moczek y Rose examinaron tres genes de desarrollo que son tan antiguos que todos los insectos los tienen: El distal-less, el homotórax y un tercero, el dachshund.

Los genes fueron caracterizados primero en las moscas de la fruta, y están categorizados como genes regulatorios "de flujo hacia arriba" debido a que influyen en una amplia variedad de procesos genéticos en las células de los insectos, tales como el desarrollo de patas, antenas y alas. Moczek dijo que en los escarabajos cornudos, cada uno de los tres genes es probable que tenga de cientos a miles de objetivos en su fin.

Un consenso poco claro entre los biólogos evolutivos era que tales genes —sobre los cuales dependen tantos procesos importantes y diferentes— no podían ser modificados fácilmente, debido a que cualquier modificación afectaría aspectos del desarrollo del insecto, cualquiera de los cuales podría ser perjudicial para el insecto individual, reduciendo su aptitud respecto a sus compañeros.

El artículo de PNAS de Moczek y Rose confirma un aspecto de esta idea. Los tres genes fueron secuenciados y se encontró que estaban muy bien conservados, o sin cambios, no sólo entre cada especie concreta de escarabajo que examinaron, sino también entre las dos especies, Onthophagus taurus (Italia) y Onthophagus binodis (Sudáfrica), cuyos linajes divergieron hace aproximadamente 24 millones de años. Pero esa no es toda la historia.

Para comprender los efectos de los tres genes en el desarrollo del escarabajo cornudo, Moczek y Rose emplearon una nueva y prometedora técnica, la interferencia de ARN, que desactiva la acción de genes específicos sin comprometer otros procesos genéticos. Los humanos sólo están imitando la naturaleza al hacer esto; la interferencia de ARN también es un método natural de regulación genética en eucariotas.

Moczek y Rose dividieron las larvas de escarabajo de ambas especies en tres grupos de tratamiento: sin inyección, con inyección de tampón con ARN sin sentido e inyección de tampón con transcripciones de interferencia de ARN diseñadas para interrumpir uno de los tres genes clave de desarrollo.

Moczek y Rose vieron que dos de los tres genes, el distal-less y homotórax son usados por ambos O. Taurus y O. Binodis en el desarrollo de los cuernos de los escarabajos. Aunque se encontró que distal-less afectaba tanto al desarrollo de los cuernos del tórax (que se forman justo bajo la cabeza) y los cuernos de la cabeza, se encontró que homotórax sólo influía en el desarrollo de los cuernos del tórax. El gen dachshund parece no tener efecto alguno en el desarrollo de cuernos en ninguna de las especies.

"La evolución de nuevos rasgos no requiere la evolución de nuevos genes", dijo Moczek. "Muchas innovaciones pueden surgir a partir de la caja de herramientas genética de los organismos".

Más importante, Moczek y Rose supieron que todos los genes de desarrollo son candidatos para tal reclutamiento, no sólo los genes cuyas funciones de desarrollo se consideran no esenciales o limitadas en sus efectos.

Moczek también dice que el artículo de PNAS puede obligar a los biólogos evolutivos a revisitar la pleiotropía, el concepto base de un gen influyendo sobre muchos rasgos.

"Puede ser que nuestra comprensión de la pleiotropía sea demasiado simplista", dijo Moczek. "Ahora que sabemos que los genes fundamentales de desarrollo pueden adquirir nuevas y diversas funciones con relativa facilidad, la pleiotropía puede no ser tan restrictiva como habíamos pensado".

La investigación descrita en el artículo de PNAS fue patrocinada con fondos de la Fundación Nacional de Ciencia (IOS 0445661 y IOS 0718522).

Fuente: Ciencia Kanija. Aportado por Gustavo A. Courault