Los genomas recién secuenciados de dos gusanos marinos están arrojando luz sobre la evolución de 570 millones de años de branquias en la faringe que hoy en día les da a los humanos la capacidad de morder, masticar, tragar y hablar.
Los borradores de las secuencias del genoma de dos especies de gusanos de bellota, que viven en madrigueras en forma de U en aguas poco profundas y salobres, son los primeros genomas de hemicordados, que conservan similitudes con los primeros animales en desarrollar hendiduras faríngeas o "branquiales".los antepasados finalmente dieron lugar a cordados: animales con columna vertebral y cordones nerviosos huecos, como los humanos y otros vertebrados.
Dado que los gusanos de la bellota y el linaje humano divergieron hace 570 millones de años, las hendiduras faríngeas para filtrar los alimentos evolucionaron a branquias para extraer oxígeno, y más tarde a la mandíbula y la faringe superior e inferior humanas de hoy, que abarca la glándula tiroides, la lengua y la laringe vozcaja y varias glándulas y músculos entre la boca y la garganta. Los humanos y otros vertebrados terrestres en realidad inician branquias vestigiales mientras los embriones, aunque desaparecen rápidamente y rara vez persisten en los bebés.
"La presencia de estas hendiduras en gusanos de bellota y vertebrados nos dice que nuestro último ancestro común también los tenía, y que probablemente fue un alimentador de filtro como los gusanos de bellota hoy", dijo Daniel Rokhsar, uno de los líderes del esfuerzo de secuenciación y unUC Berkeley, profesor de biología molecular y celular y de física. "Los gusanos de la bellota son invertebrados marinos que, a pesar de su forma decididamente no vertebrada, se encuentran entre nuestros parientes más cercanos de invertebrados".
"Es una bestia fea", reconoció John Gerhart, autor principal del informe y profesor de la escuela de posgrado en UC Berkeley. "Los gusanos de bellota se ven muy diferentes de los cordados, lo que hace que sea especialmente sorprendente que ellos y los cordados, como los humanos, son muy similares en los niveles genómico, de desarrollo y biológico celular ".
De hecho, alrededor del 70 por ciento de los genes humanos tienen contrapartes en los gusanos de la bellota, lo que sugiere que estos son genes antiguos heredados del ancestro común.
El grupo de investigación incluyó científicos de UC Berkeley; la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa en Onna, Okinawa, Japón; la Estación Marina Hopkins de la Universidad de Stanford; el Baylor College of Medicine en Texas y el Reino Unido. Publicaron sus hallazgos enla edición del 19 de noviembre de la revista Naturaleza . Rokhsar, que dirige la Unidad de Genética Molecular de OIST como profesor visitante, y Nori Satoh, jefe de la Unidad de Genómica Marina de OIST, dirigió el proyecto.
Gills una innovación pre-cámbrica
Gerhart ha estado estudiando gusanos de bellota durante 15 años, específicamente una especie atlántica Saccoglossus kowalevskii , rastreando los genes responsables del desarrollo del huevo al adulto. Hace diez años, primero propuso secuenciar su genoma.
"Estoy interesado en los orígenes de los cordados, que, por supuesto, provienen de los no cordados, y los hemicordados, como el gusano de la bellota, son los más cercanos que tenemos a este linaje", dijo. "Es importante comparar eldesarrollo y genomas de nuestro grupo, los cordados, con los hemicordados si quieres saber qué características tenía realmente el ancestro común ".
Es un campo pequeño. Solo un puñado de laboratorios de todo el mundo estudian gusanos de bellota, que son difíciles de criar en tanques. Han sido ignorados en gran medida desde que los biólogos los describieron por primera vez en 1800, dijo Gerhart. Varios coautores deel periódico dirigió tales laboratorios: Chris Lowe de la Estación Marina Hopkins, un ex becario postdoctoral con Gerhart, Marc Kirschner de la Universidad de Harvard y Nori Satoh en Japón.
Una de las peculiaridades del gusano de la bellota son sus docenas de hendiduras faríngeas, que le permiten filtrar el agua de mar bombeada a través de ellas para capturar nutrientes, algas y presas bacterianas. Estas hendiduras evolucionaron hacia las hendiduras branquiales de los peces y otros vertebrados marinos, quese especializó para extraer oxígeno del agua y, en el proceso, perdió su antigua función de alimentación por filtro.
Gerhart, que ha llegado a apreciar la biología del gusano, dijo que la 'cabeza' o probóscide única del gusano de bellota se usa para sondear la arena en busca de algas y bacterias en su mayoría unicelulares, que luego- Suspende en el agua para ser aspirado y filtrado a través de las hendiduras branquiales.
"Lo que es tan bueno de tener hendiduras branquiales es el gran volumen de agua que puede pasar a través del animal para recolectar alimentos; permiten el filtrado y la alimentación de alto rendimiento, mientras que otros animales toman un trago, se ocupan de la comida en ese trago, expulsar el agua de la boca y tomar otro trago ", dijo." El área faríngea de estos gusanos y de todos los deuterostomas es su innovación compartida más importante ".
Los deuterostomas, que surgieron en la era anterior al Cámbrico, comprenden cordados, gusanos de bellota, el deuterostoma más antiguo, y un pariente cercano, los equinodermos, que incluyen estrellas de mar y erizos de mar. Deuterostomas y otro grupo, los protostomas.25 filos que abarcan los insectos, moluscos y anélidos como las lombrices de tierra, incluidos todos los animales simétricos bilateralmente.
Grupos de genes para faringe
Mientras que los científicos de Baylor reunieron un borrador inicial de la secuencia del Saccoglossus genoma, Rokhsar se unió al grupo de Okinawa para mejorar la secuencia del genoma y también secuenciar el genoma completo de una especie del Pacífico tropical Ptychodera flava . Los dos son primos lejanos, separados por 370 millones de años de evolución.
Al comparar las nuevas secuencias del genoma con las secuencias de muchos otros animales, el equipo descubrió que los grupos de genes en el mismo cromosoma en humanos a menudo se agrupan en el genoma del gusano de bellota. A veces, incluso la estructura local del grupo es la misma, a pesar del hecho de que los dos genomas divergieron hace más de medio billón de años, dijo Rokhsar.
Un grupo particularmente interesante es un grupo de seis genes ordenados que están implicados en el desarrollo de la faringe y las hendiduras branquiales en gusanos de bellota y vertebrados. Se cree que las hendiduras branquiales faríngeas, que se encuentran al menos primitivamente en todos los deuterostomasserá una innovación evolutiva que define al grupo como un todo, dijo.
"Creemos que este es un antiguo grupo de genes específicos del deuterostoma que está involucrado en el diseño de la faringe", dijo Rokhsar.
Otra sorpresa fue que los deuterostomas tienen más de 30 genes que no tienen contrapartida en los no deuterostomas, pero son similares a los genes que se encuentran en las algas y bacterias marinas. Varios de estos genes están involucrados en la modificación de los azúcares que recubren nuestras células.genes muy antiguos que todos los demás animales perdieron, o fueron adquiridos por "transferencia horizontal" de algas y bacterias muy temprano en la evolución del deuterostoma. Si bien se sabe que las bacterias intercambian genes de esta manera, es raro y algo controvertido encontrar bacterias.transferencias a animales, dijo Rokhsar.
"Espero que estas nuevas secuencias alienten a más personas a estudiar gusanos de bellota", dijo Gerhart.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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