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Investigación explica cómo las serpientes perdieron sus extremidades


Las serpientes y lagartijas son reptiles que pertenecen al orden Squamata. Comparten varios rasgos, pero difieren en un aspecto obvio: las serpientes no tienen extremidades. 


José Tadeu Arantes, FAPESP.

Los dos subórdenes divergieron hace más de 100 millones de años. La identificación de los factores genéticos involucrados en esta pérdida de extremidades es el enfoque de un artículo titulado “La pérdida de fenotipo está asociada con la divergencia generalizada del panorama regulador genético en la evolución”, publicado por Juliana Gusson Roscito y colaboradores de Nature Communications .

Otro enfoque igualmente interesante del artículo es la degeneración de los ojos en ciertos mamíferos subterráneos. “Investigamos estos dos casos para comprender un proceso mucho más general, que es cómo los cambios en el genoma durante la evolución conducen a cambios en el fenotipo”, dijo Roscito.

Actualmente trabajando como investigador en el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética en Dresde, Alemania, la beca postdoctoral de Roscito se vinculó al proyecto temático “Filogeografía comparativa, filogenia, modelado del paleoclima y taxonomía de reptiles y anfibios neotropicales”, para el cual Miguel Trefaut Urbano Rodrigues es el investigador principal. Rodrigues es profesor en el Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP) en Brasil y supervisó la investigación postdoctoral de Roscito. También es coautor del artículo recientemente publicado.

“La investigación consistió en una investigación de los genomas de varias especies de vertebrados, incluida la identificación de regiones genómicas que cambiaron solo en serpientes o mamíferos subterráneos, mientras que permanecen sin cambios en otras especies que no han perdido sus extremidades o tienen ojos normales”, Roscito dijo.

“En los mamíferos con sistemas visuales degenerados, sabemos que se han perdido varios genes , como los asociados con la lente cristalina del ojo y con las células fotorreceptoras de la retina. Estos genes sufrieron mutaciones durante el proceso evolutivo. Finalmente, perdieron completamente su funcionalidad, es decir, la capacidad de codificar proteínas. Pero eso no es lo que les sucedió a las serpientes, que no han perdido los genes asociados con la formación de extremidades. Para ser más precisos, el estudio que secuenció el genoma de una serpiente detectó la pérdida de un gen, pero solo Uno. Por lo tanto, el enfoque que elegimos en nuestra investigación consistió en investigar no los genes sino los elementos que regulan la expresión génica “.

La expresión génica depende de los elementos reguladores de la información que el gen contiene para transcribirse en ARN (ácido ribonucleico) y luego traducirse en proteína. Este proceso está regulado por elementos reguladores en cis (CRE), que son secuencias de nucleótidos en el ADN (ácido desoxirribonucleico) ubicado cerca de los genes que regulan. Las CRE controlan los patrones espacio temporales y cuantitativos de la expresión génica.

“Un elemento regulador puede activar o inhibir la expresión de un gen en una cierta parte del organismo, como las extremidades, por ejemplo, mientras que un elemento regulador diferente puede activar o inhibir la expresión del mismo gen en una parte diferente, como como la cabeza. Si el gen se pierde, deja de expresarse en ambos lugares y, a menudo, puede tener un efecto negativo en la formación del organismo.

Sin embargo, si solo se pierde uno de los elementos reguladores, la expresión puede desaparecer en una parte mientras se conserva en la otra “, explicó Roscito.

Lagarto tegu

Desde un punto de vista computacional, las CRE no son tan fáciles de identificar como los genes. Los genes tienen una sintaxis característica, con pares de bases que muestran dónde comienzan y terminan los genes. Este no es el caso de las CRE, por lo que deben identificarse indirectamente. Esta identificación normalmente se basa en la conservación de secuencias de ADN entre muchas especies.

“Para detectar la divergencia de secuencias específicas en las serpientes, es necesario comparar los genomas de las serpientes con los genomas de varios reptiles y otros vertebrados que tienen extremidades completamente desarrolladas. Las secuencias de genomas para reptiles con extremidades bien desarrolladas son escasas, por lo que secuenciamos y “reunió el genoma de la lagartija tegu, completamente amiguada, Salvator merianae. Esta es la primera especie del linaje teiid en secuencia”, dijeron los autores.

“Utilizando el genoma de tegu como referencia, creamos una alineación de los genomas de varias especies, incluidas dos serpientes (boa y pitón), otros tres reptiles (lagartija verde, lagarto dragón y gecko), tres aves, un caimán. “Tres tortugas, 14 mamíferos, una rana y un celacanto. Esta alineación de 29 genomas se utilizó como base para todos los análisis adicionales”.

Los investigadores identificaron más de 5,000 regiones de ADN que se consideran elementos reguladores candidatos en varias especies. Luego buscaron en la gran base de datos mediante ingeniosos procedimientos técnicos que se describen detalladamente en el artículo y obtuvieron un conjunto de CRE, cuya mutación podría haber llevado a la desaparición de miembros en los antepasados ​​de las serpientes.

“Hay varios estudios relacionados con un elemento regulador bien conocido que regula un gen que, cuando se modifica, causa varios defectos en las extremidades. Las serpientes tienen mutaciones en esta CRE. En un estudio publicado en 2016, la CRE del ratón se reemplazó con la versión de serpiente , resultando en descendientes prácticamente sin extremidades. Esta fue una demostración funcional de un mecanismo que puede haber conducido a la pérdida de extremidades en serpientes. Sin embargo, esta CRE es solo uno de los elementos reguladores de uno de varios genes que controlan la formación de extremidades “, dijo Roscito.

“Nuestro estudio amplió el conjunto de las CRE. Demostramos que varios otros elementos reguladores responsables de la regulación de muchos genes han mutado en las serpientes. La firma es mucho más completa. Se ve afectada una cascada de señalización completa”.

Más información: Juliana G. Roscito et al., La pérdida de fenotipo está asociada con la divergencia generalizada del panorama regulador de genes en la evolución, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038 / s41467-018-07122-z 

Referencia del diario: Nature Communications  

Proporcionado por: FAPESP


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