Los investigadores de la Universidad de Oslo UiO siguen descubriendo sorpresas en el genoma del bacalao del Atlántico. El estudio más reciente ha revelado una cantidad inusual de secuencias de ADN cortas e idénticas, que podrían dar una ventaja evolutiva al bacalao.
Hace cerca de diez años, investigadores del Instituto Noruego de Investigación del Agua NIVA atraparon a "Calvin el Bacalao" y lo sacaron de las frías aguas del Ártico durante una expedición oceanográfica al Mar de Barents y la costa norte de Noruega y elArchipiélago de Lofoten.
Desde Lofoten, el viaje de Calvin fue a la estación de investigación de NIVA cerca de la capital de Noruega, Oslo. La historia podría haber terminado allí, pero el destino de Calvin dio un giro repentino cuando los investigadores de la Universidad de Oslo lo encontraron nadando en un tanque, lo mataron con ungolpe a la cabeza, y tomó muestras de su cuerpo a su gran congelador en el Departamento de Biociencias.
Se habría comido un bacalao común después de haber sido colocado en el congelador, pero Calvin el Bacalao comenzó una nueva carrera. Calvin era, de hecho, un representante saludable y característico de la población de skrei, que es el término noruego para el bacalao que migraentre las zonas de alimentación en el mar de Barents y las zonas de desove a lo largo de la costa noruega. Por lo tanto, Calvin fue elegido para la honorable tarea de donar partes de su cuerpo y genes a la ciencia.
En 2008, los investigadores de la Universidad de Oslo iniciaron un proyecto único: querían mapear el genoma de un pez de gran importancia económica, a saber, el bacalao del Atlántico. Este proyecto se ha convertido en un gran éxito, y los investigadores del genoma del bacalao han entregadouna corriente de sorpresas, basada en sus estudios del genoma de Calvin.
Solo por nombrar los dos descubrimientos más importantes: tuvo un gran impacto cuando descubrieron el extraño y único sistema inmune del bacalao en 2011, y en 2016 encontraron un gen sexual que puede hacer que la piscicultura sea más rentable.
Nuevo descubrimiento en el genoma del bacalao
El candidato a doctorado Ole Kristian Tørresen y el ingeniero senior Lex Nederbragt del Instituto de Biociencias y Centro de Síntesis Ecológica y Evolutiva CEES ahora han llevado a cabo un análisis más detallado que nunca antes, y una vez más ha surgido el genoma del bacalaocon una sorpresa
"El nuevo logro esta vez es que hemos combinado datos de tres técnicas diferentes para la secuenciación del ADN. Por lo tanto, logramos mapear el genoma del bacalao con mucho más detalle de lo que era posible anteriormente. Al mismo tiempo, encontramos la razónpor qué ha sido tan difícil mapear el genoma en detalle antes. La razón es que este genoma contiene una cantidad extraordinaria de las llamadas repeticiones en tándem cortas, lo que significa que las secuencias cortas de moléculas de base de ADN se repiten muchas veces seguidas ", relata OleKristian Tørresen a Titan.uio.no.
La base para esta observación es que los genomas de todos los organismos están escritos en un "alfabeto" que consta de solo cuatro moléculas de nucleobase: adenina A, timina T, guanina G y citosina C.
93 por ciento del genoma está mapeado
"Estamos hablando de repeticiones cortas en tándem cuando encontramos, por ejemplo, la combinación" AC "varias veces seguidas en las secuencias de ADN. Pero también cuando la secuencia de ADN lee, por ejemplo, solo" A "varias veces seguidas, o tal vez"CGA, "se clasifica como una repetición en tándem. La conclusión es que ha sido muy difícil entender cómo se ven realmente las secuencias contiguas de ADN, cuando estas repeticiones en tándem parecen formar una enorme cantidad de piezas exactamente similares en una enormerompecabezas ", explica Lex Nederbragt.
El genoma del bacalao del Atlántico consta de aproximadamente 700 millones de pares de bases de ADN recuerde que la molécula de ADN es una doble hélice con pares de bases coincidentes en cada cadena. Con el estudio reciente, los investigadores ahora han encuestado un total del 93 por cientodel genoma y lograron asignar las secuencias a los 23 cromosomas del bacalao. Por lo tanto, han logrado completar muchos de los "agujeros" que quedaron después de encuestas anteriores.
mapeo de ADN como un gran rompecabezas
Con la mejor tecnología disponible en la actualidad, es posible mapear secuencias de ADN contiguas con una longitud de hasta 10,000 pares de bases. Pero eso está muy lejos de un cromosoma de bacalao completo, que contiene aproximadamente 25 millones de pares de bases. Los investigadorespor lo tanto, debe dividir las cadenas de ADN en piezas que luego se leen por separado.
la secuenciación del ADN y el mapeo del genoma se pueden comparar con dividir un texto muy largo en muchos pedazos pequeños que se leen por separado, letra por letra, o más exactamente: nucleobase por nucleobase. El siguiente paso es crear una copia digitalizada detodo el texto, pero sin saber exactamente de dónde vino cada pieza.
El resultado es que los investigadores se quedan con una gran cantidad de fragmentos que deben intentar juntar en la copia digitalizada, al igual que un rompecabezas con un número extremo de piezas. Lex Nederbragt explica que el rompecabezas tiene un agregadoproblema debido a las repeticiones en tándem que se ven exactamente iguales, similares a un rompecabezas "normal" con muchos cielos azules. Pero incluso si las piezas se ven exactamente iguales, los investigadores deben averiguar exactamente de dónde provienen.
Combinando tres métodos
Tørresen, Nederbragt y sus colaboradores han resuelto este problema utilizando tres tecnologías de secuenciación diferentes en paralelo y luego combinando sus resultados. Además, han reutilizado grandes cantidades de datos de estudios genómicos anteriores y los analizaron nuevamente con nuevos y mejoresmétodos.
"El método más antiguo, llamado secuenciación 454 el enlace es externo, puede identificar fragmentos de hasta 700 pares de bases. Pero este método se queda corto si los fragmentos contienen varias moléculas base similares después de otra. Si el fragmento, por ejemplo, contiene la secuenciaAAAAA, el método no siempre puede determinar con precisión de cuántas A está compuesta la secuencia ", explica Tørresen.
"También hemos utilizado un método más nuevo llamado secuenciación Illumina. Este método solo puede generar fragmentos con una longitud de hasta 100 pares de bases, pero el mapeo es más preciso que con el método 454. Además, complementamos con un tercerométodo llamado secuenciación PacBio el enlace es externo, que en el momento de nuestros experimentos podía identificar secuencias de ADN con hasta 2000-3000 pares de bases. Esto nos ayudó a ver el panorama general, incluso si la precisión es mucho peor que conSecuencia Illumina ", explica Nederbragt.
"La combinación de tres métodos diferentes permitió obtener resultados más precisos en nuestro estudio. Quizás sea un poco molesto que las tecnologías hayan evolucionado en el corto período desde el inicio de nuestro proyecto, por lo que podríamos haber tenido mejores resultados sicomenzamos hoy. Pero no podemos quedarnos sin hacer nada mientras esperamos que la tecnología se desarrolle aún más ", comenta Nederbragt.
¿Cuál es el significado de las copias?
Por supuesto, a los científicos les gustaría saber qué significa la gran cantidad de repeticiones en tándem cortas para el bacalao como especie.
"Nuestra sugerencia es que el fenómeno tiene un significado evolutivo, porque muchas de las repeticiones en tándem se encuentran dentro de las secuencias de ADN que codifican la estructura de las proteínas. También tienen una tendencia a variar en longitud entre generaciones. Esto podría significar que las repeticioneslas secuencias pueden dar lugar a muchas variedades diferentes de las mismas proteínas. Imaginamos que tal variedad de proteínas puede facilitar que el bacalao como especie se adapte a un nuevo entorno, pero aún no podemos decir nada definitivo sobre esto ".comentarios Tørresen.
Sin embargo, definitivamente es posible determinar tales cosas. Ahora que los científicos han mapeado el genoma del bacalao con gran detalle, pueden comenzar a identificar los genes que contienen el código para proteínas específicas. Los investigadores del Instituto de Biociencias apenas comienzaninvestigaciones en esta área.
"Ya hemos encontrado una especie de pez que tiene incluso más repeticiones en tándem que el bacalao, es decir, el eglefino relacionado. Tanto el bacalao nombre latino: Gadus morhua como el eglefino Melanogrammus aeglefinus son miembros de la familia del bacalao Gadidae.puede indicar que todo el grupo tiene una mayor proporción de tales repeticiones ", agrega Nederbragt.
Ole Kristian Tørresen y Lex Nederbragt enfatizan que cada estudio del genoma del bacalao hasta ahora se ha realizado en muestras del mismo individuo, es decir, Calvin. Pero en el recién creado Proyecto Aqua Genome, investigadores de la Universidad de Oslo y la Universidad de Noruegaof Life Sciences link is external NMBU van a estudiar los genomas de grandes cantidades de bacalao y salmón, por ejemplo, pueden examinar cómo se comparan diferentes poblaciones, como skrei, bacalao costero noruego y bacalao del mar Báltico.Los investigadores de NMBU están concentrando sus esfuerzos en el salmón, mientras que los investigadores de la Universidad de Oslo continúan sus estudios en profundidad del genoma del bacalao.
"Una historia interminable"
"Esta nueva versión del genoma del bacalao es una gran mejora y tendrá implicaciones para el futuro manejo pesquero, al ser una referencia para la secuenciación de otras poblaciones e individuos. Al mismo tiempo, el genoma mejorado tiene un nuevo potencial paradesarrollar poblaciones de bacalao que sean más adecuadas para la acuicultura en términos de crecimiento, maduración y resistencia a las enfermedades ", dice el profesor Kjetill S. Jakobsen del Instituto de Biociencias y CEES. Ha dirigido estudios sobre el genoma del bacalao del Atlántico en la Universidad de Oslo desde elcomienzo.
"Estamos muy orgullosos de este gran paso adelante en la comprensión del genoma del bacalao. Pero el ensamblaje de genomas tan grandes es una" historia interminable ", y todavía hay margen de mejora. Puedo garantizar que habrátarde o temprano, una tercera versión, y será aún mejor que esta, pero aún no perfecta, agrega el asesor principal Sissel Jentoft en CEES.
El nuevo estudio se realizó en colaboración entre científicos de la Universidad de Oslo, NMBU, el Instituto de Investigación Marina en Bergen, la Escuela de Medicina de Yale y el Instituto J. Craig Venter.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Oslo, Facultad de Matemáticas y Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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