Científicos analizan por primera vez la evolución de los cambios genéticos y su relación con el origen de la diversidad animal

Representación esquemática de la aproximación seguida. En el centro, una ilustración mostrando los genes (representados por líneas) que son compartidos entre linajes (representados por el color de las líneas). Por fuera, imágenes de la representación de l
Representación esquemática de la aproximación seguida. En el centro, una ilustración mostrando los genes (representados por líneas) que son compartidos entre linajes (representados por el color de las líneas). Por fuera, imágenes de la representación de l

Del estudio se deduce qué cambios genéticos coinciden con la aparición de diferentes grupos animales y sus rasgos principales.

Investigadores del IRB Barcelona y el BSC-CNS, han confirmado que las dinámicas de evolución de los genes, además de la presencia o ausencia de estos, son las que determinan la diversidad dentro del Reino Animal.

Publicado en Nature Ecology and Evolution, el trabajo ha partido por primera vez de datos genómicos de todos los grandes grupos animales.

Tanto un elefante como una pequeña hormiga o una medusa son animales. Dentro del reino animal encontramos numerosas formas y estilos de vida. ¿Cómo se ha conseguido esta gran diversidad? Investigadores del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) han relacionado qué cambios genéticos coinciden con la aparición de diferentes grupos animales y sus rasgos principales.

Los autores de este trabajo publicado en Nature Ecology and Evolution, Toni Gabaldón, investigador ICREA y jefe del Laboratorio de Genómica Comparativa, y Rosa Fernández, investigadora postdoctoral en el mismo grupo (antes investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG)), han analizado de forma global la evolución del ADN, partiendo por primera vez de datos genómicos de todos los filos o grandes grupos animales; más de 230 genomas en total.

Lo novedoso de este trabajo es que reconstruye la filogenética o genealogía de cada uno de los genes, en vez de tan solo comparar los genes de cada especie, como se había hecho hasta ahora. Es decir, han podido predecir qué genes se han ganado, perdido o duplicado y en qué momento, y no sólo saber qué genes están o no están ahora en un determinado grupo animal. De esta forma no perdemos la dinámica del proceso evolutivo.

La principal conclusión del estudio es que la diversidad dentro del mundo animal no se debe solo a la presencia o ausencia de ciertos genes, si no a cómo se ha producido el proceso de pérdida y ganancia de información genética y en qué momento.

“Los ingredientes para hacer galletas o tortitas son los mismos: harina, mantequilla, leche, huevos y azúcar. Pero las cantidades, el orden en que los añadimos y cómo los utilizamos en la receta varían en cada caso. En los estudios que se habían llevado hasta la fecha para estudiar la diversidad animal a nivel molecular, habíamos descubierto “los ingredientes”, es decir, los genes. Ahora queríamos comprender no solo si había aparecido un nuevo gen, se había duplicado o perdido, si no cómo, cuándo y con qué frecuencia se habían dado estos cambios” explica Gabaldón.

“Los resultados más destacables han sido encontrar dos grandes olas de ganancias de genes asociadas a duplicaciones en familias génicas”, comenta Fernández. “La primera gran ganancia de genes es antigua y ocurrió antes del origen de los animales, mientras que la segunda ocurre recientemente y en paralelo en cada uno de los grandes grupos de animales. Estas olas de cambios recientes y específicas de cada grupo se correlacionan con innovaciones fisiológicas o morfológicas particulares de cada uno de los grupos. ” continua.

Entre las familias de genes que han sufrido más cambios por duplicaciones y pérdidas de material genético se encuentran aquellos implicados en el sistema nervioso, indicando la alta plasticidad evolutiva de este, que previsiblemente ha jugado un papel importante en la adaptación a diferentes ambientes y estilos de vida. Concretamente, y en comparación con otro animales,  los vertebrados tienen un alto nivel de duplicación de genes vinculadas a las funciones neuronales. Esto se debe a la complejidad de su sistema nervioso

“Conocer las bases moleculares, determinadas en gran parte por los genes, que dan lugar a la gran diversidad dentro del reino animal, y cómo han evolucionado, nos permitirá entender mejor el origen y desarrollo de rasgos complejos, incluso poder elegir mejor los animales modelo para estudiar procesos de interés en humanos” concluye Gabaldón.

La investigación ha contado con financiación del  Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación (AGAUR), la Generalitat de Catalunya a través del Programa CERCA, el EMBL y una beca ‘Centro de Excelencia Severo Ochoa 2013-2017. Además, el estudio ha recibido fondos del programa de la Unión Europea Horizonte 2020 (H2020) por medio de una ayuda Marie Curie concedida a Rosa Fernández y una beca consolidator del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés) 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