Un estudio dirigido por UMD encuentra que los gusanos que se fertilizan a sí mismos perdieron un cuarto de su genoma, incluidos los genes que hacen que los espermatozoides sean competitivos
La reproducción en la mayoría de las especies animales requiere la cría entre dos individuos. Pero algunos gusanos han desarrollado la capacidad de hacerlo solos. En estas especies, un solo individuo puede reproducirse consigo mismo para producir descendencia.
Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Maryland descubrió que obtener esta habilidad, conocida como "selfing", puede haber causado que una especie de gusano pierda una cuarta parte de su genoma, incluidos los genes que le dan a los espermatozoides una ventaja competitiva durante el apareamiento.
"Nuestros resultados sugieren que los genes que son esenciales durante decenas de millones de años de repente pueden volverse inútiles o pasivos, incluso cuando el sistema sexual cambia", dijo Eric Haag, profesor de biología en la UMD e investigador principal del estudio.que fue publicado en la revista ciencia el 5 de enero de 2018.
Hace un millón de años, una especie de pequeños gusanos llamados Caenorhabditis briggsae evolucionó la capacidad de reproducirse por sí mismo. Como resultado, la mayoría de C. briggsae son hermafroditas con órganos sexuales masculinos y femeninos. El grupo de Haag, que se enfoca en la evolución del sexo, ha estudiado C. briggsae por su reproducción inusualcomportamiento.
Para estudiar cómo el selfing moldeó la evolución de C. briggsae , Erich Schwarz, profesor asistente de investigación de biología molecular y genética en la Universidad de Cornell y co-autor correspondiente del estudio, secuencia el genoma de Caenorhabditis nigoni, el pariente más cercano de C. briggsae . C. nigoni siempre se reproducen apareándose con otros individuos, o cruzando. Al comparar los genomas de las dos especies, los investigadores encontraron que los gusanos autodirigidos de C. briggsae tenían 7,000 genes menos que C. nigoni . Con el tiempo, C. briggsae perdió aproximadamente una cuarta parte de su genoma.
Debido a que los dos gusanos difieren principalmente en su método de reproducción, los investigadores plantearon la hipótesis de que el cambio de cruzamiento hacia el selfing condujo a la pérdida de genes. Para confirmar esto, compararon la actividad genética en machos y hembras de C. nigoni y encontraron que casi tresCuartel general de los genes que C. briggsae las pérdidas fueron más activas C. nigoni hombres que mujeres
Buscando posibles funciones relacionadas con el sexo para los genes perdidos, los investigadores se centraron en una familia de genes "masculinos secretados cortos" mss que C. nigoni tenía pero C. briggsae no tenía. De hecho, no se conoce selfing Caenorhabditis las especies tienen genes mss. Y los genes mss solo están activos en los gusanos machos de las especies cruzadas, según una investigación previa realizada por Haag, Schwarz, el ex estudiante graduado de la UMD Cristel Thomas Ph.D. '11, biología molecular y celulary la ex estudiante de pregrado de la UMD Rebecca Felde BS '13, ciencias biológicas.
Usando una herramienta de edición de genes llamada CRISPR, los investigadores eliminaron cuatro genes mss de una especie cruzada Caenorhabditis remanei . Como resultado, esperma de hombre C. remanei los gusanos que carecen de las proteínas que codifican los genes mss no podrían competir contra los espermatozoides de tipo salvaje C. remanei machos con los genes. Por el contrario, cuando los investigadores insertaron genes mss en gusanos machos de C. briggsae, sus espermatozoides superaron a los espermatozoides de los machos de tipo salvaje C. briggsae y de los de tipo salvaje C. briggsae hermafroditas
Los investigadores también encontraron que los genes mss codifican proteínas cortas que recubren la superficie de las células de esperma. En conjunto, los resultados sugieren que los genes mss le dan al esperma de los gusanos machos una ventaja competitiva durante el apareamiento.
"El hecho de que todas las especies selfing perdieran los genes mss sugiere que estos genes, que son muy útiles para las lombrices que tienen sexo entre machos y hembras, son perjudiciales para las lombrices que ya no tienen relaciones sexuales entre sí", dijo Haag ".Lo que estamos viendo es una instantánea evolutiva de cómo una especie afina su reproducción ".
Según Haag, las especies autoflorecientes de gusanos pueden haber perdido los genes mss porque tener esperma masculino competitivo es perjudicial. Durante el estudio, los investigadores descubrieron que tener esperma masculino más competitivo cambió la proporción de sexos de la especie hacia una mayor producción de machos.Este cambio podría poner en riesgo la supervivencia de los gusanos porque tener demasiados machos frena el crecimiento de la población, y en la naturaleza los gusanos deben reproducirse lo más rápido posible para sobrevivir.
Experimentos para confirmar que el esperma masculino competitivo puede dañar C. briggsae están en marcha, según Da Yin, un estudiante graduado de ciencias biológicas en el grupo de Haag y primer autor del estudio.
"Hemos comenzado a comparar el crecimiento de poblaciones de C. briggsae con y sin genes mss, lo que nos permite evaluar si los genes mss pueden haber sido expulsados del genoma de C. briggsae por selección ", dijo Yin." Nuestra hipótesis es que C. briggsae las poblaciones con genes mss crecerán más lentamente debido a su mayor número de machos "
Haag y sus colaboradores también planean investigar cómo los genes mss ayudan a los espermatozoides a competir. También quieren examinar los 7,000 genes perdidos restantes para descubrir sus roles C. briggsae .
"Un número muy pequeño, pero importante, de genes podría tener roles muy antiguos en el apareamiento macho-hembra, roles que se remontan al comienzo de la vida animal, hace 700 millones de años", dijo Schwarz.
Este trabajo se realizó en colaboración con la Universidad de Toronto, la Universidad de California, Davis y la Universidad de California, Berkeley.
Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos Premio No. 2010-65205-20361, la Fundación Nacional de Ciencias / Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura Premio No. IOS-0923812, los Institutos Nacionales de Salud PremioNos. S10 RR029668, GM079414, AI111173 y GM030702, la National Science Foundation Premio No. IOS-1355119, la Fundación Moore Premio No. 4551 y los fondos de inicio de la Universidad de Cornell. Algunos materiales fueron provistos por el Centro de Genética Caenorhabditis,financiado por la Oficina de Programas de Infraestructura de Investigación de los Institutos Nacionales de Salud Premio N ° P40 OD010440. El contenido de este artículo no refleja necesariamente los puntos de vista de las organizaciones.
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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