Los investigadores de CRG han propuesto una nueva teoría para explicar el origen de la duplicación del genoma completo al comienzo del linaje de la levadura. Las levaduras son hongos unicelulares que se originaron hace más de 100 millones de años. La capacidad de estos organismos para fermentar carbohidratos es ampliamente utilizadapara fermentación de alimentos y bebidas. Las levaduras son también uno de los organismos modelo más utilizados en la investigación. Por ejemplo, la levadura Saccharomyces cerevisiae que se usa para hacer pan, vino y cerveza, fue el primer organismo eucariota secuenciado en 1996 y es un organismo modelo clave para estudiar biología molecular y celular.
Una vez que las secuencias del genoma de la levadura estuvieron disponibles, los investigadores pudieron determinar que el genoma de la levadura contiene más de 50 fragmentos repetidos. Desde entonces, la comunidad científica ha aceptado la teoría de que la levadura experimentó una duplicación completa del genoma, un fenómeno que no está aisladoy también se puede encontrar en otras especies. Por ejemplo, sabemos que las duplicaciones del genoma completo fueron importantes en la evolución temprana de los vertebrados y que es un fenómeno muy común en las plantas, especialmente en las cultivadas.
Los científicos de CRG Marina Marcet-Houben y Toni Gabaldón líder del grupo CRG y profesor de investigación ICREA ahora han estudiado los orígenes de la duplicación completa del genoma en la levadura para obtener una comprensión más completa de este fenómeno, que se cree que jugó unpapel clave en la evolución y adaptación de la especie. Sus resultados fueron publicados hoy en la revista Biología PLoS . Inesperadamente, muestran que la aparición de genes duplicados no fue causada por una simple duplicación de todo el genoma sino por una hibridación de dos especies diferentes. Su propuesta, que está en desacuerdo con la teoría actualmente más ampliamente aceptada en elcomunidad científica, proporciona una nueva visión de este proceso clave durante la evolución del genoma y los orígenes de las especies.
"Cuando vimos por primera vez los resultados de nuestro estudio, pensamos que había habido algún tipo de error. Honestamente, cuando los resultados no son lo que espera y contradicen lo establecido, lo primero que debe hacer es pensar que se vieron afectadospor algún tipo de problema. Pero una vez que se hayan descartado todos los problemas potenciales, comenzará a interpretar los datos objetivamente, sin ideas preconcebidas, y a hacer ciencia real. Fue entonces cuando comenzamos a considerar las diferentes explicaciones posibles y a trabajar en una nuevaidea ", explicó Toni Gabaldón, el investigador principal del estudio y jefe del Grupo de Genómica Comparativa. Añadió:" Es uno de esos momentos mágicos de investigación cuando, una vez que abres tu mente lo suficiente, puedes rendirte a la evidencia en eldatos y descarte lo que había considerado como un hecho comprobado para adoptar un paradigma completamente nuevo, no importa cuán inverosímil parezca al principio. Luego, se tambalea en su nuevo paradigma y ve que también explica otras observaciones independientes.En concreto, ha sido una experiencia desafiante y gratificante."
Mirando el pasado para comprender el presente y predecir el futuro
Una vez que la genómica entró en estudios evolutivos, los científicos pudieron demostrar que el fenómeno de la duplicación del genoma completo es común a varias especies, lo que nos lleva a creer que es uno de los mecanismos clave en la evolución y adaptabilidad de las especies.el genoma le daría a un organismo múltiples copias de genes, de modo que podría variar algunas de estas copias con el tiempo sin perder el original y así producir nuevas proteínas con funciones novedosas, lo que podría darle una ventaja evolutiva al permitirle adaptarse más fácilmente yhacer frente a diferentes condiciones.
Sin embargo, parecería intuitivamente tener sentido que incorporar algo diferente a través de la hibridación, en lugar de duplicar lo que ya está presente, conduciría más rápidamente a un mayor grado de diversidad y a una mejor adaptación. Los problemas con esto son que la mayoría de los cruces híbridosno son viables, y si son viables, los híbridos resultantes son estériles y, por lo tanto, no pueden transmitir su nueva información genética a su descendencia. Debido a esto, y debido a las similitudes de los genes repetidos, la idea de duplicar todo el genoma previamente parecíamás plausible
El trabajo de Marcet-Houben y Gabaldón ahora ha revelado que, para la levadura, la hibridación estaba realmente detrás de la duplicación de algunos genes. Los investigadores analizaron los datos genómicos con una herramienta computacional, basada en métodos computacionales de vanguardia y diseñados por Gabaldóngrupo, para estudiar los árboles filogenéticos de las familias de levaduras. Esta herramienta permitió a los investigadores reconstruir las duplicaciones de genes y determinar qué sucedió en el tiempo evolutivo, convirtiéndolo en un equivalente computacional de la datación por carbono-14 para fósiles. Para su sorpresa, encontraron que elLa edad de algunos genes duplicados parecía ser mucho mayor que la predicha por la teoría de la duplicación del genoma completo.En lugar de respaldar un evento de duplicación del genoma en el momento en que la levadura evolucionó para tener el doble de cromosomas, sus datos indicaron que los genes duplicados teníancomenzó a divergir mucho antes. Este resultado sugirió la posibilidad de hibridación entre especies. En este caso, los genes que han sido duplicadostodavía difieren entre sí, de modo que su divergencia precedió a la duplicación del cromosoma.
La hipótesis de hibridación tiene fuertes implicaciones sobre cómo interpretamos el origen y la evolución de los genomas duplicados. Por ejemplo, ya no necesitamos imaginar que se necesitan cambios masivos y rápidos para generar nuevas funciones a partir de regiones del genoma duplicadas, ya que la hibridación combina las propiedadesde las dos líneas parentales desde el primer día y abre la puerta a nuevas oportunidades ecológicas y evolutivas.
La nueva propuesta se fortalece cuando vemos que la cantidad de duplicaciones del genoma es mucho mayor en las plantas cultivadas. "Deberíamos considerar si las duplicaciones del genoma en otras especies también ocultan hibridaciones ya que, por ejemplo, parece claro que podríamos enfrentar unsituación similar en plantas cultivadas. Tradicionalmente, cultivar una planta y mejorar su producción conducirá a hibridaciones forzadas ", comentó Gabaldón.
Ser capaces de "mirar" los genomas eucariotas de 100 millones de años ahora nos permitirá profundizar nuestro conocimiento sobre los genomas, así como sobre los mecanismos evolutivos que conducen a la diversificación y la adquisición de nuevas funciones. Este trabajo desafiante e innovador tendráimplicaciones importantes sobre cómo interpretamos las consecuencias funcionales y evolutivas de la duplicación del genoma. También destaca la importancia de la investigación básica para comprender los genomas, la evolución y la diversidad.
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Materiales proporcionado por Centro de Regulación Genómica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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