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Cada mariposa en los Estados Unidos y Canadá ahora tiene una secuencia del genoma


Los borradores de genomas de más de 800 especies insinúan el papel del entrecruzamiento en la evolución del animal.


Ewen Callaway


Cuando el biólogo evolutivo Nick Grishin quería abordar grandes preguntas en la evolución, por qué algunas ramas del árbol de la vida son tan diversas, por ejemplo, su equipo se propuso secuenciar los genomas de tantas mariposas como pudiera: 845 de ellas, para ser preciso.

En un estudio que algunos investigadores están aclamando como un hito en genómica, el grupo de Grishin en el Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas en Dallas ordenó y analizó el genoma de lo que llamó un «continente de mariposas completo»: cada especie de la criatura en los Estados Unidos Estados y Canadá. El estudio fue publicado en el servidor de preimpresión bioRxiv el 4 de noviembre 1 .

«Creo que es increíble, porque la tecnología involucrada en la secuenciación de 845 especies está ahí», dice James Mallet, un biólogo evolutivo de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts. «Es un hermoso trabajo, un tour de force, hacer todo eso».¿La teoría evolutiva necesita un replanteamiento?

Los datos permitieron al equipo de Grishin construir un árbol evolutivo que detalla las relaciones de todas las mariposas, así como determinar el ritmo al que se formaron las nuevas especies. El equipo sugiere que los grupos de mariposas que se diversifican rápidamente son aquellos que intercambian genes con parientes cercanos a través del mestizaje, un fenómeno que podría extenderse a otros organismos.

Otros, sin embargo, han señalado que la mayoría de estos genomas serán de uso limitado para otros investigadores, porque son ‘borradores’ de baja calidad compuestos por miles de tramos cortos de ADN y no secuencias de genoma de mayor calidad que se han ensamblado. en tramos más largos. Grishin dice que la gran cantidad de genomas, incluso de baja calidad, le permite a su equipo sacar conclusiones amplias sobre la evolución que no podrían hacerse a partir de conjuntos de datos más limitados. Planea hacer públicos los genomas cuando el estudio se publique en una revista revisada por pares.

Patrones de mariposas

Grishin, cuyo grupo de investigación estudia la forma y evolución de las proteínas, comenzó a investigar mariposas después de leer un artículo de 2012 sobre el diverso género tropical Heliconius , cuyas especies tienen elaborados patrones de alas que imitan los de otras mariposas 2 . El estudio encontró que algunos genes que determinan los patrones de las alas parecen haberse transmitido entre tres especies de Heliconius a través del mestizaje, en lugar de ser heredados del ancestro común de la especie, y sugirió que tales intercambios explican la gran diversidad de mariposas Heliconius .

Inspirado por ese trabajo, Grishin se preguntó si tal conexión podría verse en otras mariposas. «Algunos grupos se diversifican muy rápidamente y hay muchas especies en ellos, y otros están algo vacíos», dice. «Entonces, para entender por qué y cómo sucede eso, necesitaríamos secuenciarlos a todos».

Hubo un tiempo en que la secuenciación de cientos de genomas de mariposas habría sido inasequible, pero los costos se han desplomado en los últimos años. Sin embargo, la recolección de muestras para cada especie en los Estados Unidos y Canadá seguía siendo un desafío. El equipo de Grishin trabajó con entusiastas aficionados de las mariposas, así como con colecciones de museos en los Estados Unidos para recopilar datos: una sola pierna de un espécimen muerto fue suficiente para obtener un genoma de calidad de borrador. En lugar de volar a conferencias, Grishin y sus colegas hicieron viajes por carretera y recogieron mariposas en el camino.El árbol genealógico más complicado de la biología.

Una vez que secuenciaron los genomas de las 845 especies, los investigadores utilizaron los datos para determinar las relaciones evolutivas entre las mariposas de América del Norte. Su árbol genealógico de mariposas coincidió ampliamente con los existentes basados ​​en la anatomía y análisis genéticos más limitados, aunque el grupo reclasificó 40 especies y sugirió varias agrupaciones nuevas a nivel de género.

El árbol también reveló que algunos grupos de mariposas han evolucionado más rápido que otros. Dos de los grupos de más rápida evolución, comúnmente conocidos como los azules y los blancos, han desarrollado interacciones altamente especializadas con otros organismos que podrían explicar su rápida evolución, según el equipo de Grishin. Los azules, o Polyommatinae, forman relaciones simbióticas con las hormigas, mientras que los blancos, o Pierini, han desarrollado adaptaciones para alimentarse de plantas de mostaza que son tóxicas para muchos otros insectos.

Un análisis de genes compartidos por múltiples especies también mostró que estos grupos diversos tenían más probabilidades de haber adquirido genes a través del cruce entre especies, en lugar de un ancestro lejano. Se cree que muchos de los genes que se intercambian entre especies están involucrados en el reconocimiento de la pareja y otros factores que pueden causar divisiones de especies. Grishin dice que al difundir dichos genes, el mestizaje, en lugar de la acumulación gradual de nuevas mutaciones, podría ayudar a impulsar la evolución de las especies de mariposas.

El vínculo entre el mestizaje y la especiación es «una idea que está llegando a primer plano», dice Mallet, quien codirigió un equipo que informó hallazgos similares en las mariposas Heliconius este mes 3 .

Datos perdidos

Chris Jiggins, biólogo evolutivo de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, que también estudia mariposas Heliconius , está impresionado de que el equipo de Grishin haya podido obtener tantos especímenes. Pero dice que los borradores de genomas serán útiles solo para reconstruir relaciones evolutivas, y no para estudios más detallados de genes específicos. «No se pueden usar como una herramienta para buscar genes o familias de genes, ya que siempre no estará claro qué falta en los datos de la secuencia», dice Jiggins.

Además del borrador de genomas, el equipo de Grishin generó genomas de ‘referencia’, en los que los genes se ensamblan en secuencias cromosómicas, para 23 especies del otro lado del árbol genealógico de la mariposa.

Genomas de alta calidad como este son los objetivos de otros proyectos a gran escala para secuenciar el árbol de la vida. En 2018, un consorcio llamado Earth BioGenome Project estableció planes para decodificar los genomas de aproximadamente 1.5 millones de especies conocidas de animales, plantas, protozoos y hongos, conocidos colectivamente como eucariotas, a un costo estimado de US $ 4.7 mil millones durante 10 años. En su primera fase de 3 años, con un costo estimado de $ 600 millones, el proyecto espera generar genomas de referencia para 9,000 especies que representan a todas las familias de eucariotas.

Grishin está entusiasmado con estos esfuerzos, particularmente para los vertebrados. Pero cree que simplemente hay demasiadas especies desconocidas de invertebrados, incluidas las mariposas, para recolectarlas y secuenciarlas en un futuro cercano. Su próximo enfoque es secuenciar los genomas de las aproximadamente 3.500 especies conocidas de mariposas patrón que se encuentran en todo el mundo, para ver cómo evolucionó un grupo tan extendido.

«Estos proyectos muy grandes y muy globales, aunque suenan muy bien, no creo que tengan éxito muy rápido», dice Grishin. «Nuestros esfuerzos, en los que simplemente saltamos y hacemos las cosas de inmediato sin mucho alboroto, pueden ser útiles».

Naturaleza 575 , 427-428 (2019)doi: 10.1038 / d41586-019-03521-4

Referencias

  1. 1)Zhang, J., Cong, Q., Shen, J., Opler, PA y Grishin, NV Preprint en BioRxiv https://doi.org/10.1101/829887 (2019).
  2. 2)Heliconius Genome Consortium. Nature 487 , 94–98 (2012).
  3. 3)Edelman, NB y col. Science 366 , 594-599 (2019).

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