Los dragones de Komodo son los lagartos más grandes del mundo. Estos depredadores que pesan hasta 200 libras pueden detectar a sus presas desde hasta 7.5 millas de distancia. Y aunque son de sangre fría, pueden acelerar su metabolismo a niveles cercanos a los mamíferos,lo que les da una gran velocidad y resistencia. Sin embargo, los científicos han entendido poco acerca de cómo el ADN de estos lagartos notables codifica características tan sorprendentes.
Ahora, un nuevo estudio de investigadores de los Institutos Gladstone, en estrecha colaboración con científicos de la UC San Francisco UCSF y el Zoológico de Atlanta, proporciona la primera secuencia de alta resolución del dragón de Komodo, así como una idea de cómo funcionaevolucionado
"Comenzamos el proyecto hace 9 años para ver cómo evolucionan los genomas, pero para hacerlo, primero necesitábamos las secuencias del genoma", dijo el investigador principal de Gladstone, Benoit Bruneau, PhD, autor principal del estudio ". En ese momento, otros grupos habían secuenciado el genoma de la tortuga, la serpiente y el genoma de las aves, y el genoma del cocodrilo estaba en proceso, pero la rama que faltaba eran los lagartos varanidos, la familia a la que pertenecen los dragones de Komodo ".
"Fui a la isla de Komodo hace años como turista, y vi dragones de Komodo en la naturaleza allí", dijo Katherine Pollard, PhD, investigadora principal y directora del Instituto Gladstone de Ciencia de Datos y Biotecnología, quien es elotro autor principal del estudio: "Nunca hubiera imaginado que algún día trabajaría en su genoma. ¡Ni siquiera teníamos un genoma humano en ese momento!"
El equipo estudió el ADN de dos dragones de Komodo del zoológico de Atlanta llamados Slasher y Rinca, cuyas muestras de sangre se obtuvieron como parte de sus controles anuales programados.
"Este proyecto fue una gran oportunidad para nosotros para aprender más sobre los dragones de Komodo utilizando las mejores y más nuevas tecnologías, y luego poder contribuir con nuestros hallazgos hacia el conocimiento general de la biología de los lagartos", dijo Joseph R. Mendelson III, PhD,herpetólogo y biólogo evolutivo de vertebrados, y director de investigación en el zoológico de Atlanta.
El estudio, que fue publicado en la revista Ecología y evolución de la naturaleza y lanzado en BioRxiv como preimpresión con un repositorio de datos, proporciona una secuencia de muy alta calidad del genoma del dragón de Komodo, que ahora puede usarse como referencia en los esfuerzos para secuenciar otros genomas de vertebrados.
"Los genomas de vertebrados son grandes y contienen muchas secuencias repetitivas", explicó Pollard, quien también es profesor en UCSF e investigador de Chan Zuckerberg Biohub. "La mayoría de las tecnologías de secuenciación solo producen tramos cortos de secuencia a la vez. Cuando esos cortoslos estiramientos incluyen elementos repetitivos, es imposible saber a dónde pertenecen y a qué se conectan, lo que dificulta unirlos ".
Para solucionar este problema, el equipo adoptó un enfoque múltiple.
"Utilizamos múltiples tecnologías, incluida la secuenciación de largo alcance y una técnica de mapeo físico para realizar el ensamblaje", dijo Bruneau, quien también es director del Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares y profesor del Departamento de Pediatría de la UCSF."Como resultado, tenemos una secuencia súper profunda y de muy alta calidad para el Komodo".
Una vez que los científicos tuvieron la secuencia, utilizaron herramientas computacionales para compararla con la de otros reptiles y ver qué hace único al genoma del dragón de Komodo.
Específicamente, estaban buscando cambios en el genoma que ayudaran al dragón de Komodo a adaptarse a su entorno, que ha sufrido un proceso evolutivo llamado selección positiva. Un hallazgo notable fue que la selección positiva ha dado forma a varios genes involucrados en la función de las mitocondrias,las centrales energéticas de la célula que controlan qué tan bien funcionan el corazón y otros músculos.
"Nuestro análisis mostró que en los dragones de Komodo, muchos de los genes involucrados en la forma en que las células producen y usan la energía han cambiado rápidamente en formas que aumentan la capacidad aeróbica del lagarto", dijo Abigail Lind, PhD, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Pollard y primeroautor del estudio: "Estos cambios son probablemente clave para la capacidad de Komodo de alcanzar el metabolismo cercano a los mamíferos".
Los lagartos generalmente no son conocidos por su alta capacidad aeróbica. En otras palabras, se agotan rápidamente después de los esfuerzos físicos.
"Sin embargo, al trabajar con los dragones de Komodo sabemos que son capaces de realizar una actividad aeróbica sostenida, que podría ser nadar, correr o caminar distancias extremadamente largas", explicó Mendelson, quien también es profesor asociado adjunto en el Instituto de Georgiade Tecnología. "Nuestro estudio nos mostró que el secreto está en estas adaptaciones mitocondriales para aumentar su gasto cardíaco. Esto nos da una comprensión de cómo estos animales pueden hacer lo que habíamos estado observando".
Además, los investigadores descubrieron que los dragones de Komodo, junto con algunos otros lagartos, tienen una cantidad inesperadamente grande de genes que codifican sensores químicos conocidos como receptores vomeronasales. Estos receptores son parte de un sofisticado sistema sensorial que permite a los animales detectar hormonas yferomonas
Este tipo de detección está involucrado en una variedad de actividades, incluyendo reconocimiento de parentesco, elección de pareja, evitación de depredadores y caza. En el genoma de Komodo, el equipo encontró más de 150 copias de una clase de genes de receptores vomeronasales. El equipo también encontróque muchos de estos genes son únicos para cada especie de lagarto individual, lo que aumenta la posibilidad de que los receptores vomeronasales del dragón de Komodo puedan funcionar de formas específicas de Komodo.
"Será interesante determinar si esto explica la capacidad de los dragones de Komodo para detectar presas a distancias tan grandes", dijo Bruneau. "Una de las cosas interesantes de este proyecto es que no sabíamos qué esperar. Esto erauna oportunidad para mirar un genoma y decir: 'Cuéntame la historia de tu organismo' "
A continuación, Bruneau y su equipo esperan utilizar sus hallazgos para investigar cómo los genes que controlan la formación del corazón de los vertebrados han cambiado a lo largo de la evolución, ya que la mayoría de los reptiles solo tienen un corazón de tres cámaras, mientras que los mamíferos tienen cuatrocámaras
La secuencia del genoma completa también representa un recurso invaluable para los biólogos conservacionistas interesados en rastrear los dragones de Komodo para estudiar su ecología, y para los muchos científicos de todo el mundo que investigan la evolución de los vertebrados.
"La importancia de este estudio supera con creces a los dragones de Komodo", dijo Mendelson. "Nos da un marco para comparar otros animales secuenciados y comprender la base genética de cómo han evolucionado todas sus características. Este proyecto también pone de manifiesto la importanciade preservar la biodiversidad, y el importante papel que los zoológicos pueden desempeñar en la investigación a gran escala sin ser perjudiciales para los animales a nuestro cuidado "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Gladstone . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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