Una nueva investigación muestra que una especie de diatomeas, una alga unicelular, que se cree que es asexual, se reproduce sexualmente, y los científicos descubrieron que es un compuesto común, el amonio, que pone de humor al organismo ubicuo.
Los hallazgos, publicados hoy en PLOS uno , puede ser un paso clave hacia una mayor comprensión de la evolución del comportamiento sexual y también tener implicaciones biotecnológicas importantes.
"Nuestros descubrimientos resuelven dos misterios persistentes que han afectado a los investigadores de diatomeas", dijo la autora correspondiente Kimberly Halsey, microbióloga de la Universidad Estatal de Oregón. "Sí, tienen relaciones sexuales y sí, podemos hacer que lo hagan".
Las diatomeas tienen un gran potencial como fuente de bioenergía y también para biodetección. Además, sus intrincadas paredes de células de sílice ofrecen aplicaciones prometedoras de nanotecnología para químicos de materiales e investigadores de entrega de medicamentos.
Hay más de 200,000 especies de diatomeas, y los organismos son abundantes en casi todas partes donde se encuentra agua, formando enormes flores en la primavera y el otoño que ayudan a impulsar el ciclo del carbono marino.
"Las diatomeas son increíbles; sus frústulas de sílice son hermosas y exquisitas", dijo Halsey. "Ahora que podemos controlar su vía sexual, eso debería abrir la puerta para poder hacer cruces entre diferentes diatomeas con diferentes características. Deberíamos sercapaz de criarlos como lo hacemos con maíz, arroz o fresas para seleccionar los rasgos que son realmente deseables ".
Halsey y sus colaboradores en botánica y estadística de las facultades de Ciencias y Ciencias Agrícolas de OSU estudiaron lo "céntrico" Thalassiosira pseudonana especie de diatomeas, un organismo modelo para investigadores; es una de las dos diatomeas, la otra es la diatomea "pennate" Phaeodactulum tricornutum , haber tenido su genoma secuenciado.
Las diatomeas céntricas son radialmente simétricas, piense en ellas con forma de lata de sopa, dice Halsey, y las diatomeas pinnadas son bilateralmente simétricas: alargadas a la manera de una vaina de guisantes.
"Todo el mundo dijo Thalassiosira pseudonana era asexual, porque nunca habían visto nada más ", dijo Halsey." El pensamiento general era que simplemente perdió la capacidad o la necesidad de tener relaciones sexuales ".
Halsey señala que otros científicos habían demostrado que T. pseudonana retuvo los genes necesarios para la meiosis, un tipo de replicación genética específica para la reproducción sexual, y concluyó que la diatomea no estaba usando esos genes.
"Pero comenzamos a ver morfologías muy diferentes", cambios en la estructura celular, dijo Halsey, en este caso relacionados con la actividad sexual. "También vimos genes expresados que están involucrados en estructuras y ensamblaje flagelar, lo que solo sucedería con las células de esperma"
El estudiante graduado Eric Moore, autor principal de la investigación, se sorprendió al saber que "estos organismos unicelulares pueden diferenciarse en células masculinas y femeninas, cambiando completamente sus morfologías".
"De hecho, estaba convencido de que mis cultivos estaban contaminados antes de darme cuenta de lo que realmente estaba sucediendo", dijo.
El trabajo previo de otros investigadores que estudiaron diferentes tipos de diatomeas céntricas mostró que el estrés de crecimiento - interrupciones de la luz, cambios en la salinidad, cambios en los nutrientes - a veces, pero no de manera confiable, puede hacer que las células se vuelvan sexuales.
"Los esfuerzos de laboratorio para inducir el sexo en diatomeas céntricas han variado desde dulces conversaciones hasta torturas", dijo Halsey.
Pero el análisis manual y microscópico realizado por el equipo de Halsey descubrió que el amonio, un compuesto común que es un producto de desecho metabólico de los animales, causó de manera confiable que dos cepas de T. pseudonana y otras dos diatomeas céntricas cambien sus estructuras celulares, produciendo óvulos y espermatozoides; amoniohizo que las diatomeas se prepararan para el sexo cuando al menos otro factor de crecimiento celular, como la luz, el fósforo o la sílice, era escaso.
Además, la secuenciación de ARN mostró más de 1,200 genes de diatomeas que cambiaron en actividad cuando el amonio encendió los fuegos sexuales de las algas. Halsey sugiere que en la naturaleza, los protistas que pastan en las flores de diatomeas excretan el amonio que desencadena la sexualización de las diatomeas.
"Aún no se conoce la colección específica de factores ambientales que hacen que las diatomeas tengan sexo", dijo. "Pero identificar el amonio como un inductor de la sexualidad potencialmente abre la puerta a nuevas vías de investigación sobre la mejora genética y la modificación genética para controlar rasgos importantes"."
Los colaboradores también incluyeron a Brianna Bullington, del Departamento de Microbiología de OSU, Alexandra Weisberg, del Departamento de Botánica y Fitopatología, y Yuan Jiang, del Departamento de Estadística.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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