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Estudio revela sorprendente cantidad de flujo de genes entre especies de mariposas


Un equipo internacional de investigadores analizó los genomas de 20 especies de mariposas y descubrió una cantidad sorprendentemente alta de flujo de genes entre ellas, incluso entre especies que están relacionadas de forma distante. 


por la Universidad de Harvard


Los hallazgos, publicados en la revista Science , desafían los puntos de vista convencionales sobre las especies y apuntan a la hibridación como un proceso clave en el surgimiento de la diversidad biológica.

Las diferentes especies de mariposas de la vid de la pasión (Heliconius) tienen patrones de color similares que sirven como advertencias a los depredadores. Los científicos han descubierto previamente que una razón de su similitud es que en realidad comparten partes de su ADN, gracias a la hibridación que se produjo en algún momento de su ascendencia. Los nuevos hallazgos sugieren que este proceso de intercambio de ADN es mucho más común de lo que se pensaba anteriormente.

Para comprender cómo las mariposas transmiten genes a otras especies mediante la hibridación, un proceso conocido como introgresión, los investigadores analizaron nuevos conjuntos genómicos de 20 especies de mariposas Heliconius .

«El intercambio de ADN se había demostrado en especies estrechamente relacionadas, pero queríamos profundizar en el árbol filogenético «, dijo el autor principal James Mallet, profesor de Biología Organística y Evolutiva en Residencia y Asociado de Genética de Poblaciones en el Museo de Zoología Comparada. «Lo que encontramos es realmente sorprendente: introgresión incluso entre especies que están relacionadas de forma distante. Las» especies «simplemente no son lo que pensábamos que eran, y ahora tenemos los datos para mostrarlo. El árbol evolutivo de las mariposas es un completo pantano de inter -conectividad: cada parte del genoma de la mariposa parece tener un árbol diferente «.

El autor principal, Nate Edelman, un estudiante graduado en el grupo Mallet, explicó que los nuevos conjuntos genómicos funcionan como mapas genómicos detallados. Se construyen secuenciando fragmentos cortos de ADN y luego ensamblándolos en el orden correcto. Los ensamblajes del genoma son un recurso importante para los investigadores, ya que permiten mapear los genes de vuelta al genoma.

«Lo bueno de hacer ensamblajes del genoma en lugar de una simple» resecuenciación «del genoma es que no solo cambian las bases del ADN: todas las estructuras de los genomas pueden cambiar a través del tiempo evolutivo», dijo Edelman. «Y utilizando los ensamblajes, podemos detectar esos cambios».

Cuando comenzaron a analizar las asambleas, el equipo encontró evidencia de que algunos genes eran capaces de moverse entre especies, y otros eran mucho más resistentes al proceso. Uno de los factores clave que determina si un gen puede o no moverse es un proceso biológico básico llamado «recombinación».

«En los humanos y en la mayoría de los animales, cada individuo hereda dos copias de su genoma, una de su madre y otra de su padre», explicó Mallet. «La razón por la que difiere genéticamente de su hermano se debe a la recombinación. Su padre le aportó una copia recombinada y recién codificada de los genomas de sus propios padres, al igual que su madre con los genomas de sus padres. Entonces, la combinación de componentes de cada padre es diferente en cada individuo «.

Se considera que la recombinación es ventajosa si el objetivo es generar genotipos diversos para las generaciones futuras. El sistema de recombinación descrito en este estudio sugiere que también ocurre durante el flujo de genes entre especies. Según los autores, esto podría proporcionar una posible ruta para que los genes adaptativos se transmitan ocasionalmente entre especies, así como dentro de las especies.

«Podría parecer que los genes útiles tienen más probabilidades de ser transferidos entre especies», dijo el coautor Michael Miyagi de la Universidad de Harvard. «Eso es cierto, pero también hay problemas estructurales más mundanos con el genoma que significan que algunas regiones tienen más probabilidades de tener genes de un lado a otro».

Según Edelman, si esos genes fluyen de un lado a otro a menudo depende de cuánto se recombinan esas diferentes regiones.

«En las regiones de baja recombinación, tendemos a ver más resistencia al flujo de genes que en las regiones de alta recombinación», dijo. «Lo que creemos que sucede es que en regiones de recombinación muy alta, los genes que son resistentes o incompatibles se disocian de los genes que pueden fluir a través del límite de la especie».

El equipo pudo identificar un gen clave que actúa para cambiar los patrones de color como uno que se mueve entre las especies.

«Las mariposas Heliconius son famosas por sus patrones de color. Encontramos que en una región particular del genoma, hay alrededor de 500,000 pares de bases que se han invertido en relación con la secuencia ancestral», dijo Miyagi. «Y justo en el medio de esa inversión está ese gen que sabemos que controla el patrón de color. Cuando tienes una inversión como esa, significa que mantienes todas las cosas juntas para que no puedan recombinarse».

Los nuevos ensambles del genoma también condujeron al descubrimiento de una nueva inversión más grande en un cromosoma diferente.

Usando el nuevo método de análisis desarrollado por Miyagi, los investigadores mostraron que una de esas secuencias invertidas se transfirió entre especies.

«Si observamos cualquier fragmento específico de ADN, cada uno tiene un historial específico», explicó Miyagi. «Entonces, el método que desarrollamos analiza estos fragmentos de ADN y puede decirnos cuáles tienen más o menos probabilidades de ser intrigados».

El estudio concluye que la hibridación es una forma para que las especies obtengan sus genomas, y puede ser un proceso clave en la creación de la diversidad de vida que vemos hoy.

«En la naturaleza, es muy poco probable que cualquier individuo se apareará con un miembro de otra especie», dijo Mallet. «Pero a lo largo del tiempo evolutivo, sucede. Probablemente solo ocurre en los grupos de especies ‘más jóvenes’, especies que evolucionan rápidamente. La mayor parte de la diversidad de la vida probablemente se crea en estas radiaciones rápidas. Están involucradas en eventos como el origen de los mamíferos. Durante estas radiaciones, la hibridación e introgresión que documentamos aquí podría ser un medio importante para barajar la variación y recombinar las adaptaciones de diferentes linajes «.

El estudio tiene sus raíces en el Consorcio Genoma Heliconius, que se estableció en 2009 para abordar preguntas sobre la evolución y la adaptación mediante la secuenciación del genoma de una especie de mariposa Heliconius. El nuevo estudio ha puesto a disposición 20 nuevos conjuntos genómicos. Los datos del estudio se han puesto a disposición gratuitamente en archivos públicos.

«Abrir datos y compartirlos entre laboratorios es muy importante para comprender la evolución y cómo ocurren las explosiones de diversidad», dijo Mallet. «En este consorcio internacional, cada uno de nosotros aportamos fortalezas muy diferentes y nos ayudamos mutuamente a mejorar mucho la ciencia en general, y el resultado ha sido un recurso que nuestros colaboradores, así como cualquier otra persona, pueden usar en el futuro».


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