Florece en cantidades espectaculares en lagos y estanques de todo el mundo, pequeñas criaturas conocidas como Dafnia desempeña un papel esencial en la ecología del agua dulce. Dafnia , un tipo de crustáceo planctónico, son los principales consumidores de algas y son una importante fuente de alimento para los peces y otras especies acuáticas.
Dafnia son omnipresentes en las fuentes de agua dulce, pero su modo de reproducción, conocido como partenogénesis cíclica, que implica fases alternas de reproducción sexual y asexual, es un enigma evolutivo. Otro misterio que lo rodea Dafnia es que en algunas poblaciones, hasta el 50% de las hembras no producen descendencia masculina.
Ahora, Michael Lynch de la universidad estatal de Arizona y sus colegas, incluido el autor principal Zhiqiang Ye, creen que han identificado una variación en un solo gen exclusivo de Dafnia que representa el rasgo no productor masculino NMP.El aislamiento de este alelo dominante NMP arroja nueva luz sobre el comportamiento de este importante organismo modelo, así como los mecanismos genéticos más amplios de la producción de descendencia masculina.Eventualmente, nuevos conocimientos sobre tales mecanismos podrían estimular innovaciones en el tratamiento de fertilidad o, alternativamente, en el manejo de plagas.
"Lo que descubrimos es que hay miembros de algunos Dafnia poblaciones que son incapaces de producir niños ", dice Lynch." Tenemos un químico que usamos llamado metil farnesoato que arrojamos a chorros en el agua para inducir la producción masculina y ni siquiera responden a eso. Entonces hay dos saboresde individuos en la población: uno que produce hijas e hijos y otro que solo puede producir hijas ".
Michael Lynch dirige el Centro de Biodiseño para Mecanismos de Evolución y es profesor en la Facultad de Ciencias de la Vida de ASU. La investigación del grupo sobre Dafnia aparece en la edición actual de la revista PNAS .
debajo de la superficie
Dafnia , aunque solo es visible a simple vista, se observan mejor bajo el microscopio, donde sus formas translúcidas permiten una visión clara de la estructura interna. Se puede ver claramente un corazón que late a 300 pulsos por minuto junto con los cinco de la criaturapares de patas, que Dafnia use para barrer algas y detritos orgánicos en su tracto digestivo. Dafnia la estructura limpiamente visible junto con su papel esencial en los ecosistemas de agua dulce los ha convertido en un organismo vital para el estudio de la ecología y la fisiología durante más de 100 años.
Dafnia mide aproximadamente 1-3 milímetros de largo y presenta ojos compuestos prominentes sensibles a la luz solar que golpea las superficies de estanques y lagos, un caparazón duradero, antenas y un par de estructuras abdominales similares a pelos conocidas como setas.
También visible en Dafnia es una cámara de cría, donde la descendencia resultante de la reproducción sexual y asexual o partenogenética se desarrolla antes del nacimiento. Los movimientos de los jóvenes inmaduros a menudo se pueden ver en la cámara de cría.
Dafnia son productores prolíficos de huevos y se estima que sus números sobrepoblarían rápidamente un estanque, si no fueran comidos perpetuamente por otra vida acuática. Sus movimientos rápidos y abreviados en el agua son algo parecidos a las pulgas y a menudo se les conoce como pulgas de agua, aunque son microcrustáceos, no insectos.
Si bien hay más de 200 especies en el Dafnia género, los más comunes y el tema del estudio actual son D. pulex. Taxonomía precisa de Dafnia sigue siendo controvertido, en parte debido a la hibridación, la plasticidad fenotípica y otros factores.
Innovaciones en el sexo
Dafnia use una estrategia combinada de reproducción asexual y sexual durante su ciclo de vida. Durante la mayor parte de la temporada de crecimiento, las hembras se reproducen asexualmente, produciendo huevos diploides que tienen dos juegos de cromosomas y producen descendencia genéticamente idéntica. Estos huevos generalmente eclosionan después de dostres días después de ser transferido a Dafnia bolsa de cría.
Al final de la temporada, a medida que cambian las condiciones ambientales, el estilo de vida reproductivo de Dafnia turnos. Las hembras comienzan a producir machos y lo que se conoce como huevos en reposo o huevos de invierno. Estos son altamente duraderos y capaces de sobrevivir intactos, a través de frío extremo, sequía o períodos de escasos nutrientes, durante años o incluso décadas,hasta que las condiciones ambientales sean favorables para su eclosión y desarrollo. Los huevos en reposo son fertilizados internamente por el macho Dafnia antes de depositarse en la cápsula de cría.
Buscando pistas
El nuevo estudio examina un subconjunto de clones de Dafnia pulex con un atributo peculiar: solo producen descendencia femenina. Examen cuidadoso de estos productores no masculinos Dafnia NMP identificó unos 3500 marcadores genómicos específicos encontrados solo en los individuos NMP. Los investigadores redujeron sucesivamente el campo de marcadores candidatos, comparándolos con otras poblaciones de NMP y buscando superposición, finalmente identificando solo 5 variantes de codificación de proteínas asociadas exclusivamente conel NMP Dafnia , todos los cuales pertenecen a un solo gen.
aunque algunos Dafnia las poblaciones no tienen miembros que porten la variante NMP, Lynch y sus colegas tuvieron suerte en su primer intento, secuenciando 100 individuos, aproximadamente la mitad de los cuales eran productores no masculinos. Además, los marcadores NMP se encontraron en una región confinada del Dafnia genoma, cerca de la punta del cromosoma 1. La variante que parece ser responsable del rasgo NMP se produce en un gen etiquetado como 8960, sobre el cual quedan muchas preguntas. El gen no está presente en otros artrópodos y parece exclusivo de Dafnia .
"Tenemos un enorme Dafnia proyecto del genoma ", dice Lynch." Hemos secuenciado alrededor de 2000 Dafnia genomas y continuamos haciéndolo. Es uno de los proyectos de genoma más grandes, quizás el más grande, excepto el proyecto de genoma humano "
Zhiqiang Ye, un post-doctorado en el laboratorio de Lynch y autor principal del nuevo estudio llevó a cabo gran parte del trabajo de laboratorio. Examinó la expresión génica en los alelos productores y no productores masculinos, y demostró que el alelo NMP eraen gran medida no responde al farnesoato de metilo, una hormona crítica responsable de conferir rasgos masculinos Dafnia descendencia
Dilema reproductivo
En términos evolutivos, la justificación para crear NMP Dafnia sigue siendo especulativo. Curiosamente, el rasgo de NMP parece haberse importado originalmente de una especie hermana de D. pulex, conocida como D. pulicaria. El alelo de NMP puede actuar para limitar los efectos nocivos de demasiada endogamia Dafnia poblaciones o simplemente ayudan a mantener un equilibrio de la producción masculina. El estudio, señala Lynch, puede ofrecer nuevas pistas sobre los orígenes y formas de vida de los organismos asexuales obligados es decir, aquellos que dependen exclusivamente de la reproducción asexual, un importante enigma en la biología evolutiva.
El fenotipo NMP tiene similitud con una estrategia reproductiva que se encuentra en las llamadas plantas gynodioecious. "En un sistema gynodioecious, tienes individuos que producen gametos masculinos y femeninos y algunos que son solo femeninos", dice Lynch.sentido, es muy parecido al Dafnia sistema "
En futuras investigaciones, Lynch y sus colegas aplicarán la metodología de edición de genes CRISPR-Cas9 al estudio de Dafnia , abriendo una nueva vía de investigación sobre la genética y la genómica de este organismo modelo. Un experimento propuesto utilizará la técnica para eliminar el gen responsable de la producción masculina o editar el alelo NMP, para establecer definitivamente el gen 8960 como el culpable deel rasgo NMP en Dafnia .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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