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El cromosoma Y del toro ha evolucionado para convertirse en gametos

El cromosoma Y del toro ha evolucionado para convertirse en gametos
Los investigadores del Instituto Whitehead han secuenciado el cromosoma Y de un toro Hereford. Crédito: Richard Webb / Ternero Hereford / CC BY-SA 2.0

En un nuevo estudio, publicado el 18 de noviembre en la revista Genome Research , los científicos del laboratorio del miembro del Instituto Whitehead, David Page, presentan la primera secuencia completa y de alta resolución del cromosoma Y de un toro Hereford. 


por el Instituto Whitehead de Investigación Biomédica


La investigación, que lleva más de una década en desarrollo, sugiere que los cromosomas Y de los toros han desarrollado docenas de copias de los mismos genes en un intento egoísta de hacer más machos, un movimiento que se contrarresta en el cromosoma X que determina la hembra.

«Cuando tienes un cromosoma X e Y, es un escenario de conflicto», dijo Page, quien también es profesor de biología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. «Ver esta competencia en toda regla entre el ganado X e Y significa que tenemos que pensar más profundamente sobre este conflicto como una característica constante y general de los cromosomas sexuales en los mamíferos».

Esta información sobre las fuerzas que gobiernan el comportamiento y la evolución de los cromosomas sexuales ayudará a los científicos en el laboratorio de Page a estudiar las diferencias genéticas entre hombres y mujeres y cómo influyen en la salud y la enfermedad en cada parte del cuerpo, agregó Page.

De ratones, hombres y ganado

Los cromosomas sexuales, el X y el Y, evolucionaron a partir de un par regular de cromosomas simétricos hace unos 200 millones de años. Los nacidos biológicamente mujeres tienen dos cromosomas X. Los nacidos biológicamente varones tienen una X y una Y.

El laboratorio de Page logró secuenciar con éxito el cromosoma Y humano en 2003, y luego los investigadores quisieron poder comparar la secuencia con sus contrapartes en otros animales para ayudar a comprender cómo han evolucionado y divergido con el tiempo.

Para hacer estas comparaciones, los investigadores del laboratorio de Page presentaron una lista de varios mamíferos, incluidos chimpancés, zarigüeyas y ratones, que ocupaban diferentes ramas del árbol genealógico de los mamíferos. Uno tras otro, los científicos comenzaron a secuenciar las Y de estas criaturas, utilizando un método de secuenciación de alta resolución llamado SHIMS, abreviatura de secuenciación y mapeo iterativo de haplotipo único, para obtener un nivel de detalle que otras técnicas, como la secuenciación de escopeta, no pueden. .

Esta poderosa tecnología de secuenciación permitió a los investigadores observar una peculiaridad extraña de los cromosomas Y: en algunas especies, casi todo el material genético en el Y está formado por secuencias de ADN que han sido amplificadas decenas o cientos de veces, «como un Salón de los espejos «, dijo Page.

En ratones, por ejemplo, las repeticiones de unos pocos genes específicos de testículos constituyen casi el 98 por ciento del cromosoma Y. En los seres humanos, sin embargo, las repeticiones representan solo alrededor del 45 por ciento. «Queríamos saber si esto era solo una peculiaridad de los roedores, o si otros cromosomas Y podrían acercarse», dijo Page.

Ahí es donde entró el toro. «Fuera de los primates y roedores, la siguiente rama del árbol de los mamíferos incluye al toro», dijo Jennifer Hughes, investigadora del laboratorio de Page y primera autora del artículo. «No sabíamos si el cromosoma Y del toro se vería como una Y de ratón o una Y humana o algo completamente diferente».

El encierro (secuencia de datos)

El Page Lab y los colaboradores del Centro de Secuenciación del Genoma Humano de la Facultad de Medicina de Baylor, el Instituto del Genoma McDonnell de la Universidad de Washington, la Universidad de Texas A&M y otras instituciones tardaron más de una década en desentrañar las complejidades del cromosoma Y del toro. De hecho, resultó ser el cromosoma Y más denso en genes jamás mapeado, en gran parte debido al hecho de que el 96 por ciento de su material genético estaba formado por secuencias repetitivas.

Al igual que en el ratón, la mayoría de las repeticiones del «salón de los espejos» del toro parecían expresarse en los testículos. Pero la pregunta seguía siendo: ¿Por qué? «Lo que lo impulsa no puede ser simplemente producir más esperma, porque eso es una exageración, ¿verdad?» Dijo Hughes. «Realmente no se necesitan cientos de copias de un gen para realizar esa tarea».

Los investigadores encontraron una pista cuando observaron más de cerca el cromosoma X bovino: el cromosoma sexual que determina la mujer también tenía algunas copias de estos genes específicos de los testículos. «Realmente no conocemos el mecanismo en el toro, pero la idea es que de alguna manera la amplificación de estos genes en la Y tiene que ver con ayudar a que la Y se transmita, y las copias X se amplifican para competir contra esa tendencia y ayuda a la X «, dijo Hughes.

Una búsqueda egoísta

Se ha demostrado que esta carrera de armamentos XY ocurre en ratones: de alguna manera, los genes repetitivos en el cromosoma Y le dan una ventaja adicional cuando se trata de terminar en el esperma durante la formación de gametos. En un estudio de 2012, los investigadores eliminaron las repeticiones del cromosoma Y. Sin los genes adicionales, más cromosomas X que Y terminaron en los espermatozoides, y la proporción de sexos de la descendencia femenina fue sesgada. A lo largo de años de evolución, el X también ha desarrollado repeticiones, su propia forma de ganar ventaja en la carrera.

La competencia entre los cromosomas X e Y es egoísta, dijo Hughes, porque no es bueno que la especie tenga una proporción de sexos sesgada. Por tanto, estas alteraciones solo benefician al cromosoma afortunado que acaba en el óvulo fecundado. El hecho de que un mecanismo egoísta (e incluso perjudicial) continúe durante millones de años en ramas dispares del árbol evolutivo sugiere que estos conflictos pueden ser un efecto secundario inevitable de tener un par de cromosomas sexuales asimétricos. «Estas carreras de armamentos XY probablemente han existido durante tanto tiempo como los mamíferos», dijo Page.

Dejando de lado la teoría evolutiva, conocer los mecanismos que controlan las proporciones de sexos del ganado podría ser de utilidad práctica en los próximos años. «Podría ser de gran interés para los criadores, porque les encantaría poder manipular el sexo de la descendencia del ganado», dijo Hughes. «Por ejemplo, los productores de leche preferirían más mujeres y los productores de carne preferirían más hombres».

En este momento, el laboratorio está trabajando en hojear las ramas de su árbol evolutivo del cromosoma Y. El del toro es el séptimo cromosoma sexual en secuenciarse completamente usando el método SHIMS. Hughes, Page y el laboratorio también están mirando a miembros de otros grupos de animales, incluidos los reptiles.

«Nuestro laboratorio se centra en las diferencias sexuales en todo el cuerpo humano, y todo ese trabajo está realmente inspirado en las lecciones que hemos aprendido al comparar los cromosomas Y de diferentes animales con los nuestros», dijo Page. «Es como cuando vas a una galería de arte y te sientas en un banco y te ves y te sientes inspirado; estas secuencias son una fuente infinita de inspiración en el trabajo que estamos haciendo. Y ahora podemos agregar el toro a nuestra galería».


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