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» » El nuevo paradigma de la duplicación génica da forma al mundo

Referencia: EurekAlert.org .
contacto: Richard Hund, 30 septiembre 2014

Un nuevo paradigma de la poliploidía que está emergiendo revela su naturaleza ubicua y su importancia para la evolución de las plantas, la especiación y la biodiversidad

¿Qué tienen en común la sandía sin semillas, el salmón y las fresas? A diferencia de la mayoría de organismos multicelulares eucariotas, que tienen dos juegos de cromosomas y son diploides, estos organismos son poliploides, lo que significa que tienen tres o más conjuntos de cromosomas (la sandía sin semillas y el salmón tienen 3 y 4 conjuntos de cromosomas, respectivamente, y las fresas tienen 10). Si bien esto puede parecer sorprendente, en realidad la mayoría de las especies de plantas son poliploides. Poliploidía, o duplicación del genoma, se descubrió por primera vez hace un siglo, pero sólo recientemente, con el desarrollo de herramientas moleculares, hasta que punto son omnipresentes. La poliploidía se está reconociendo cada vez más como una importante fuerza evolutiva que puede facilitar adaptaciones positivas, conducir a la especiación instantánea y aumentar la biodiversidad.

Diagrama dibujado por Charles Darwin
en "El origen de las Especies"


Así como los nombres de Watson y Crick se asocian con la doble hélice y la evolución con Darwin, el nombre G. L. Stebbins está asociado con la poliploidía. Así se llama cuando se duplican conjuntos completos de cromosomas, y puede ocurrir cuando los organismos de auto-fertilizan o a través de la reproducción sexual. La poliploidía fue reconocida por primera vez en las plantas en 1907; en 1911 se sugirió que una antigua duplicación del genoma pudo haber ocurrido en el maíz (Zea mays); y poco después se propuso que la duplicación de conjuntos completos de cromosomas podría dar lugar a nuevas especies. Sin embargo, gran parte del desarrollo y la importancia de la poliploidía en la evolución de las plantas no fue reconocida hasta que el trabajo de George Ledyard Stebbins, supuso el liderazgo de la investigación botánica en el siglo XX.

Como parte de la American Journal of Botany's Centennial Review series, Douglas Soltis, Clayton Visger y Pamela Soltis (Universidad de Florida, Departamento de Biología, y el Museo de Historia Natural de Florida), han revisado la historia de la poliploidía y el papel que Stebbins ha jugado al facilitar su reconocimiento como una fuerza evolutiva. También describen un paradigma emergente, que surge con la llegada de nuevos avances tecnológicos, como las filogenias basadas en el ADN y la secuenciación del genoma.

"La duplicación del genoma ha dado forma al mundo biológico más que cualquier otro proceso", comenta Doug Soltis. "Algunos podrían considerar esto como una exageración, pero en el mundo de las plantas, la duplicación del genoma, o poliploidía, es la que regula. Es común en la mayoría de linajes de plantas y crucial en muchos linajes de animales, igual que los vertebrados son el resultado de dos antiguos eventos. Es común en los peces, en algunos linajes de invertebrados, y los seres humanos somos antiguos poliploides."

Paleopoliploidía en eucariotas. Wikipedia
Así que, si la poliploidía (duplicación de conjuntos de genomas) es la norma más que inusual, ¿qué lo hace tan interesante? Una de las razones es que la duplicación del genoma puede conducir a la especiación instantánea.

Como explica Soltis, "Si dos plantas con 12 cromosomas se hibridan,  puede esperarse que su descendencia tenga 12 cromosomas, ¿no? ¿Y si la descendencia tiene 24 cromosomas? Ese genoma ha duplicado --cada cromosoma y cada gen duplicado--, con un 2X el material  genético funcionando al instante."

En su opinión, Soltis y sus colegas enfatizan que la poliploidía y el importante papel que juega, sobre todo en la evolución de las plantas, no habrían recibido la atención que merece si no hubiera sido por su acérrimo proponente, G.L. Stebbins. Hacia la mitad del siglo XX, él sintetizó lo que en ese momento se sabía sobre la poliploidía, clasificando los diferentes tipos de ploidía, discutiendo antiguos eventos de poliploidía e investigando las especies que hibridan y sus derivados poliploides.

Sin embargo, Stebbins pensó que la poliploidía sólo sería una ventaja para las especies en entornos que cambiaran rápidamente, y no sería particularmente ventajoso en los ecosistemas estables, o en competencia con especies diploides generalizadas. De hecho, en muchos casos, él vio la poliploidía como un callejón sin salida evolutivo.

En la década de 1980, el nuevo paradigma en la poliploidía comenzó a emerger, sobre todo con la más reciente llegada de la secuenciación del genoma, el cual comenzó a revelar cuántos genes duplicados existen en los genomas de muchas especies de plantas diferentes.

"En nuestras primeras investigaciones con alozimas, procuramos utilizar este material herramienta genética, en caliente, para investigar las plantas de las que se informaba que eran diploides", relata Soltis. "Pero hallamos patrones genéticos complejos que no podían ser diploides. Volvimos al laboratorio para hacer algunos recuentos cromosómicos, y encontramos por casualidad que algunas  poblaciones de esta especie eran en realidad poliploides. Esto sucedió una y otra vez, hasta el punto en que empezamos a llamarlo la maldición poliploidía ".

Sin embargo, Pam Soltis señala que esta "maldición" proporciona muchas nuevas oportunidades para estudiar los poliploides desde nuevas perspectivas, incluyendo una evaluación de la frecuencia relativa de los angiospermas diploides y poliploides.

De hecho, todos los genomas de angiospermas que han sido secuenciados hasta la fecha evidencian eventos de una antigua poliploidía. Allá por los años de 1950, Stebbins ya infierió que la poliploidía era algo común, pero los estudios genómicos ahora indican que es mucho más frecuente de lo que entonces se supuso. Las investigaciones genéticas recientes han encontrado, por ejemplo, que un evento de duplicación de todo el genoma precedió al origen de todas los angiospermas existentes. Es más, resulta muy probable que todos los eucariotas tengan antiguas duplicaciones del genoma en su historia.

"Por eso queremos subrayar en este día que groseramente los científicos hayamos subestimado la magnitud de esta duplicación del genoma en la naturaleza", enfatiza Doug Soltis.

La poliploidía no es sólo un evento "antiguo". Un estudio reciente estima que el 35% de las especies existentes de plantas con flores vienen de un reciente origen poliploide.

La poliploidía también puede aumentar la diversidad de especies dentro de los grupos de organismos. En un examen de hace poco tiempo, sobre los eventos de poliploidía en ciertas familias de plantas, han descubierto que la duplicación del genoma suele ir continuada de ráfagas de especiación (riqueza de especies) en los clados (cada una de las ramas del árbol filogenético).

Curiosamente, las mismas especies poliploides pueden realmente surgir mulitiples veces (una especie de Tragopogon puede haberse formado hasta 20 veces), y a veces, incluso dentro de un área espacial muy pequeña, algo así como dentro de una misma ciudad.

En contraste con la opinión de Stebbins acerca de que los poliploides tienen menos diversidad genética, el nuevo paradigma está descubriendo que, por el contrario, tienen una mayor diversidad genética, especialmente por la alta probabilidad de múltiples orígenes y oportunidades para mutaciones genéticas y cromosómicas poco después de su formación.

"La biosfera, tal como la conocemos, depende de las plantas”, concluye Doug Soltis. "Por tanto, las bases para la biodiversidad de nuestro planeta se ha ido configurando en gran medida mediante este proceso de duplicación del genoma."

De hecho, la poliploidía es la fuerza evolutiva más importante que puede conducir a la adaptación, la especiación y la diversificación.

Soltis y sus colegas, siguen fascinados por la flexibilidad, la novedad y la naturaleza dinámica de los genomas poliploides. "A largo plazo, un organismo con un genoma duplicado es mayor que la suma de sus partes", afirma Doug Soltis. "La duplicación del genoma abre nuevas oportunidades para la expresión génica y la regulación de genes que tan sólo ahora estamos empezando a apreciar."


- fuente. American Journal of Botany .
- Publicación: Douglas E. Soltis, Clayton J. Visger, and Pamela S. Soltis. 2014. The polyploidy revolution then...and now: Stebbins revisited. American Journal of Botany 101:737-753. doi:10.3732/ ajb.1400178.
- imagen.1. Diagrama dibujado por Charles Darwin en El origen de las especies. Wikipedia
- imagen.2. Paleopoliploidía en eucariotas. Wikipedia.
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