Supongo que el novelista del siglo XX Joseph Conrad escribió: "Son solo aquellos que no hacen nada los que no cometen errores", y Nature está muy ocupada, por lo que comete muchos de ellos. Pero como genio, puede usartomen ventaja. Tomemos, por ejemplo, la duplicación del genoma completo, un error en la replicación del ADN, o el apareamiento entre diferentes especies, que duplica la cantidad de cromosomas, lo que lleva a una duplicación de la gran mayoría de los genes.Las principales fuerzas aceleran la evolución.
Los organismos con conjuntos adicionales de genes pueden acumular y probar mutaciones mucho más rápido y con menos presión de selección que los organismos con solo un conjunto de genes. Una de las copias de un gen puede mantener el funcionamiento normal de las células incluso si la otra copia muta avolverse dañino o inútil. Otras alternativas posibles son cuando uno de los genes adquiere una función completamente nueva, o ambos genes comienzan a especializarse, cada uno asumiendo una cierta parte de la función ancestral.
Hablemos de pescado
La redundancia es de naturaleza común, por ejemplo, existen muchos genes humanos en varias copias. Sin embargo, la redundancia excesiva puede interferir con la eficiencia. Por lo tanto, cada evento de duplicación del genoma completo es seguido por la pérdida de genes duplicados.
Un nuevo artículo colaborativo, publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS por científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, la Universidad de Ryukyus, la Universidad de Tohoku y la Universidad de Nihon, propone un modelo matemático de dos fases que describe patrones de pérdida de genes en dos escalas de tiempo diferentes después de unduplicación completa del genoma.
La investigación, iniciada por el Dr. Jun Inoue, ahora científico del personal de la Unidad de Biología Matemática de OIST, el Profesor Asistente Yukuto Sato, ahora en la Universidad de Tohoku, y el Profesor Mutsumi Nishida, ahora Vicepresidente de la Universidad de Ryukyus, mientras quelos tres trabajaban juntos en la Universidad de Tokio, centrados en los peces teleósteos, el grupo más grande de peces óseos Fig. 1. Estos peces se sometieron a su propia duplicación específica del genoma completo hace aproximadamente 300 millones de años ". En contraste, el último totalLa duplicación del genoma en el linaje humano ocurrió hace aproximadamente medio billón de años, y es extremadamente difícil de rastrear ", explica el profesor Robert Sinclair, jefe de la Unidad de Biología Matemática.
El trabajo requirió el desarrollo de nuevas herramientas computacionales y también matemáticas, cada una adaptada a la historia evolutiva previamente determinada de las especies involucradas. Estas herramientas, desarrolladas por el grupo de investigación, pueden aplicarse a otros casos de duplicaciones del genoma completo enorganismos de cualquier tipo, incluidos los humanos.
Edición masiva del genoma
La comparación de los genomas del pez cebra y el pez medaka japonés común, dos especies relacionadas de forma distante con 250 millones de años de evolución independiente Fig. 2A, muestra que son muy similares Fig. 2B. "Sus formas,los hábitats y los patrones reproductivos son muy diferentes, lo que sugiere que la estructura básica del genoma del teleósteo se estableció antes de la mayor diversificación de las especies de teleósteos ", dice el Dr. Inoue. El análisis del genoma de otros siete peces bien estudiados respalda esta conclusión.
Los resultados de este estudio sugieren que aproximadamente el 80% de los genes duplicados se perdieron en los primeros 60 millones de años después del evento de duplicación del genoma completo Fig. 2C. Considerando que los primeros vertebrados aparecieron en la Tierra hace unos 500 millones de años Fig. 2A, 60 millones de años es un tiempo muy corto. El Dr. Inoue afirma que es posible que la reducción del genoma ocurra aún más rápido. "Estamos esperando que el genoma de la anguila se decodifique completamente para verificar esta hipótesis", dice.y sus parientes son uno de los primeros grupos separados de la mayoría de los peces teleósteos después de la duplicación del genoma completo específico del teleósteo. La comparación de las anguilas con los otros teleósteos eventualmente arrojará aún más luz sobre la evolución de todos los peces.
La idea de la pérdida de genes redundantes no es nueva; sin embargo, un nuevo resultado importante es que "encontramos evidencia de que los genes se eliminan rápidamente y a granel después de la duplicación completa del genoma, y esto lleva a una rápida remodelación del genoma", dice el profesor Sinclair. En la primera fase, los grupos de genes adyacentes o incluso segmentos cromosómicos grandes podrían haberse eliminado si eran inútiles o problemáticos. Curiosamente, la diversificación de muchos linajes principales de teleóstes vivos no se produjo en esta fase rápidaFig. 2A.
La segunda fase se caracteriza por una pérdida génica más lenta Fig. 2C. Los científicos sugieren que algunos genes emparejados se retienen si cada copia se vuelve esencial. Otros genes duplicados continúan perdiéndose, pero principalmente uno por uno. Este procesocontinúa hasta el día de hoy. ¡La evolución nunca se detiene!
Los métodos de análisis del genoma desarrollados para este estudio allanarán el camino hacia una mejor comprensión de la evolución, incluida la nuestra.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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