Dentro de cada célula se encuentra un genoma, un conjunto completo de ADN que contiene las instrucciones para construir un organismo. En todo el mundo biológico, los genomas muestran una asombrosa diversidad de tamaño. Por ejemplo, el genoma de la flor blanca japonesa Paris japonica , tiene más de 150 mil millones de pares de bases, lo que significa que casi 100 metros de ADN se introducen en cada célula. En comparación, los procariotas unicelulares, como las bacterias, tienen genomas diminutos, con un promedio de menos de 5 millones de pares de bases. Algunos procariotas incluso tienengenomas más pequeños que tienen menos de 500,000 pares de bases. Pero los científicos aún no comprenden completamente las fuerzas impulsoras responsables de reducir el tamaño de los genomas.
Ahora, en una colaboración internacional, liderada por la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST y la Universidad de Sydney, e incluyendo investigadores de la Universidad de Ryukyus, el Instituto de Tecnología de Tokio y RIKEN, los científicos hanencontró un vínculo entre la tasa de mutación la rapidez con la que cambia la secuencia de ADN y el tamaño del genoma. Escribiendo Biología actual , los investigadores informaron que los procariotas con tasas de mutación más altas pierden genes a un ritmo más rápido y, por lo tanto, tienen genomas más pequeños.
"Este fue un resultado realmente sorprendente", dijo el profesor Tom Bourguignon, co-primer autor del estudio y jefe de la Unidad de Genómica Evolutiva en OIST. "Actualmente, la idea más aceptada es que el tamaño de la población es el factor principal que determinatamaño del genoma en procariotas, particularmente en endosimbiontes, pero nuestra investigación desafía este punto de vista ".
Los endosimbiontes son organismos que viven dentro de los cuerpos o células de otros organismos, y generalmente tienen genomas mucho más pequeños que sus contrapartes de vida libre. La Unidad de Genómica Evolutiva investiga un endosimbionte llamado Blattabacterium , una especie bacteriana que vive dentro de las cucarachas y termitas y proporciona a sus huéspedes nutrientes vitales que contienen nitrógeno. Pero solo una pequeña cantidad de estas bacterias se transmiten de un insecto madre huésped a un insecto huésped hija, lo que mantiene su población efectivatamaño muy bajo.
"En poblaciones pequeñas, la selección natural es mucho menos efectiva y la evolución es impulsada con más fuerza por el azar", dijo el Dr. Yukihiro Kinjo, co-primer autor y erudito postdoctoral de la Unidad de Genómica Evolutiva. "Sin suficiente presión de selección.para mantener genes específicos, pueden surgir mutaciones que inactivan y erosionan estos genes, lo que eventualmente conduce a su pérdida total del genoma ".
Si bien el tamaño de la población como fuerza impulsora para la reducción del genoma puede ser una idea atractiva, muchos procariotas de vida libre que viven en poblaciones más grandes también han desarrollado genomas más pequeños, lo que sugiere que es solo una parte de la historia. También se han propuesto explicaciones adicionales, pero, hasta ahora, la tasa de mutación, o la velocidad a la que ocurre la evolución, se ha pasado por alto.
En el estudio, los científicos recopilaron datos del genoma de una amplia gama de procariotas, incluidas cepas de dos linajes endosimbióticos y siete linajes de vida libre.
Para cada linaje, el equipo construyó un árbol evolutivo que mostraba cómo las cepas habían divergido entre sí. Con la ayuda de la Unidad de Complejidad Biológica de la OIST, dirigida por la profesora Simone Pigolotti, los científicos crearon modelos que reconstruían cómo se había producido la pérdida de genesocurrió en cada cepa. Luego estimaron la tasa de mutación, el tamaño de la población y la presión de selección para cada cepa y la compararon con la cantidad de pérdida de genes.
Sorprendentemente, los científicos no encontraron un vínculo claro entre el tamaño estimado de la población y la tasa de pérdida de genes. En cambio, encontraron una relación entre la tasa de mutación y la pérdida de genes para siete de los nueve linajes estudiados, con tasas de mutación más altas asociadas contasas de pérdida de genes, lo que resulta en genomas más pequeños.
"Aunque no hemos establecido una causa, existe una predicción teórica que explica esta observación; si la tasa de mutación supera la presión de selección para mantener un gen, el gen se perderá del genoma", dijo el Dr. Kinjo.
Los científicos también encontraron pistas sobre cómo ocurrió la pérdida de genes, ya que las cepas con genomas más pequeños habían perdido genes involucrados en la reparación del ADN.
"Los genes de reparación del ADN reparan el ADN dañado, por lo que, cuando se pierden, la tasa de mutación de una cepa puede aumentar rápidamente. La mayoría de las mutaciones son dañinas, por lo que pueden inactivar rápidamente otros genes e impulsar su pérdida del genoma. Si algunos de estos se inactivanLos genes también están involucrados en la reparación del ADN, esto puede acelerar aún más la tasa de mutación y la pérdida de genes ", explicó el profesor Gaku Tokuda, de la Universidad de Ryukyus.
Aunque las respuestas sobre cómo se produce la pérdida de genes son cada vez más claras, si existen razones evolutivas detrás de por qué los procariotas aumentan su tasa de mutación para reducir su genoma y, de ser así, cuáles son estas razones, sigue siendo una pregunta abierta.
"Descubrir la explicación evolutiva de lo que vemos es realmente complicado. Podría ser que se produzca una mayor tasa de mutación para proporcionar una ventaja adaptativa, como la eliminación de genes no deseados o innecesarios. Pero aún no podemos descartarla posibilidad de que el aumento de la tasa de mutación no sea adaptativa y se deba al azar ", dijo el Dr. Kinjo.
En general, sus hallazgos arrojan nueva luz sobre la evolución de los genomas pequeños, lo que provocó una reconsideración de la idea dominante actual de que la reducción del genoma está impulsada por tamaños de población pequeños.
"A diferencia del tamaño de la población, nuestros resultados sugieren que la tasa de mutación podría impulsar la reducción del genoma en procariotas endosimbióticos y de vida libre. Este podría ser el primer paso para comprender de manera integral qué impulsa los cambios en el tamaño del genoma en todos los procariotas", dijo el Prof.Bourguignon.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Dani Ellenby. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :