Científics analitzen per primera vegada l'evolució dels canvis genètics i la seva relació amb l'origen de la diversitat animal

Representació esquemàtica de l'aproximació seguida. Al centre, una il·lustració mostrant els gens (representats per línies) que són compartits entre llinatges (representats pel color de les línies). Per fora, imatges de la representació dels principals ll
Representació esquemàtica de l'aproximació seguida. Al centre, una il·lustració mostrant els gens (representats per línies) que són compartits entre llinatges (representats pel color de les línies). Per fora, imatges de la representació dels principals ll

De l’estudi es dedueix quins canvis genètics coincideixen amb l'aparició de diferents grups animals i els seus trets principals.

Investigadors de l'IRB Barcelona i del BSC-CNS, han confirmat que les dinàmiques d'evolució dels gens, a més la presència o absència d'aquests, són les que determinen la diversitat dins del Regne Animal.

El treball, publicat a Nature Ecology and Evolution, ha partit per primera vegada de dades genòmiques de tots els grans grups animals.

Tant un elefant com una petita formiga o una medusa són animals. Dins el regne animal trobem nombroses formes i estils de vida. Com s'ha aconseguit aquesta gran diversitat? Investigadors de l'Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) i del Barcelona Supercomputing Center - Centre Nacional de Supercomputació (BSC-CNS) han relacionat quins canvis genètics coincideixen amb l'aparició de diferents grups animals i els seus trets principals.

Els autors d'aquest treball publicat a Nature Ecology and Evolution, Toni Gabaldón, investigador ICREA i Cap del Laboratori de Genòmica Comparativa, i Rosa Fernández, investigadora postdoctoral al mateix grup (anteriorment investigadors del Centre de Regulació Genòmica (CRG)), han analitzat de manera global l'evolució de l'ADN, partint per primera vegada de dades genòmiques de tots els talls o grans grups animals: més de 230 genomes en total.

La novetat d'aquest treball és que reconstrueix la filogenètica o genealogia de cadascun dels gens, en lloc de solament comparar els gens de cada espècie, com s'havia fet fins ara. És a dir, que han pogut predir quins gens s'han guanyat, perdut o duplicat, i en quin moment ho han fet, i no només saber quins gens estan o no estan ara en un determinat grup animal. D'aquesta manera no perdem la dinàmica del procés evolutiu.

La principal conclusió de l'estudi és que la diversitat dins de el món animal no es deu només a la presència o absència de certs gens, sinó a com i en quin moment s'ha produït el procés de pèrdua i guany d'informació genètica.

"Els ingredients per fer galetes o creps són els mateixos: farina, mantega, llet, ous i sucre. Però les quantitats, l'ordre en què els afegim i com els utilitzem en la recepta varien en cada cas. En els estudis que s'havien fet fins a la data per estudiar la diversitat animal a nivell molecular, havíem descobert "els ingredients", és a dir, els gens. Ara volíem comprendre no només si hi havia aparegut un nou gen, si s'havia duplicat o perdut, sinó com, quan i amb quina freqüència s'havien donat aquests canvis" explica Gabaldón.

"Els resultats més destacables han estat trobar dos grans onades de guanys de gens associades a duplicacions en famílies gèniques", comenta Fernández. "El primer gran guany de gens és antic i va ocórrer abans de l'origen dels animals, mentre que la segona passa recentment i en paral·lel en cadascun dels grans grups d'animals. Aquestes onades de canvis recents i específiques de cada grup es correlacionen amb innovacions fisiològiques o morfològiques particulars de cadascun dels grups”, continua.

Entre les famílies de gens que han patit més canvis per duplicacions i pèrdues de material genètic es troben aquells implicats en el sistema nerviós, indicant l'alta plasticitat evolutiva d'aquest sistema, que previsiblement ha jugat un paper important en l'adaptació a diferents ambients i estils de vida. Concretament, i en comparació amb altres animals, els vertebrats tenen un alt nivell de duplicació de gens vinculats a les funcions neuronals. Això es deu a la complexitat del seu sistema nerviós.

"Conèixer les bases moleculars, determinades en gran part pels gens, que donen lloc a la gran diversitat dins del regne animal, i com han evolucionat, ens permetrà entendre millor l'origen i desenvolupament de trets complexos, i fins i tot poder triar millor els models animals per estudiar processos d'interès en humans”, conclou Gabaldón.

La investigació ha comptat amb finançament del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, el Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER), l'Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca (AGAUR), la Generalitat de Catalunya a través del Programa CERCA, l’EMBL i una beca 'Centre d'Excel·lència Severo Ochoa 2013-2017’. A més, l'estudi ha rebut fons del programa de la Unió Europea Horizon 2020 (H2020) mitjançant un ajut Marie Curie concedit a Rosa Fernández i una beca Consolidator del Consell Europeu de Recerca (ERC, per les sigles en anglès) a Toni Gabaldón.

 

Reference article: 

Rosa Fernández & Toni Gabaldón

Gene gain and loss across the Metazoa Tree of Life

Nature Ecology and Evolution (2020): DOI: 10.7910/DVN/ZKDAE2