La genética es una trampa. Durante la reproducción sexual, los genes de la madre y el padre se mezclan y se mezclan para producir una combinación genética única para cada descendencia. En la mayoría de los casos, los cromosomas se alinean correctamente y se cruzan. En algunos casos desafortunados, sin embargo, "ADN egoísta" ingresa a la mezcla, causando cruces anormales con deleciones o inserciones en los cromosomas, que pueden manifestarse como defectos de nacimiento.
Los científicos han reconocido durante mucho tiempo que el intercambio de material genético mediante el cruce, conocido como recombinación, es vital para la selección natural. Sin embargo, algunas especies muestran mucho más cruce que otras. ¿Por qué? Los investigadores plantean la hipótesis de que las tasas de cruce han evolucionado para equilibrar elbeneficios de cruzar con los riesgos del ADN egoísta.
"Ahora se está resolviendo un pequeño misterio sobre cómo ciertos fenómenos moleculares, biológicos y genómicos han evolucionado en respuesta a elementos genéticos egoístas", dice Daven Presgraves, profesor de biología del decano en la Universidad de Rochester. "de la selección natural en un contexto ecológico es esencialmente un problema resuelto, pero el papel de la selección natural en respuesta a elementos genéticos egoístas todavía se está resolviendo ".
Presgraves y candidato a doctorado Cara Brand recientemente logró un hito importante en el aprendizaje de estas dinámicas evolutivas. Al estudiar dos especies de moscas de la fruta, descubrieron un gen, MEI-218, que controla la tasa de recombinación. En un artículo publicado en Biología actual , explican cómo MEI-218 controla las diferencias en la tasa de cruce entre especies y las fuerzas evolutivas en juego.
"Este es el primer gen que conozco que alguien ha demostrado ser responsable de la evolución de las tasas de recombinación", dice Presgraves.
El equipo se centró en dos especies estrechamente relacionadas de moscas de la fruta - Drosophila melanogaster y sus especies hermanas Drosophila mauritiana - porque grandes diferencias han evolucionado en sus tasas de recombinación: D. mauritiana cruza aproximadamente 1,5 veces más que D. melanogaster . Cuando compararon genes en las dos especies diferentes, los investigadores encontraron que las secuencias de ADN de MEI-218 eran extraordinariamente diferentes.
"La selección natural funciona mejor cuando hay una diversidad de genotipos para actuar", dice Brand, el autor principal del artículo. "Mezclar combinaciones de alelos a través de la recombinación genera la diversidad sobre la que actúa la selección natural".
La recombinación es, por lo tanto, importante por dos razones principales :
1. Imagine dos cromosomas con genes A y B. En un cromosoma puede tener un alelo A "bueno" beneficioso y un alelo B "malo" perjudicial. En el otro cromosoma puede tener el opuesto; unalelo A malo y un alelo B bueno. ¿Qué cromosoma sería mejor? "Es una bolsa mixta donde un cromosoma no necesariamente puede competir con el otro", dice Brand. "La recombinación puede barajar nuestras combinaciones de alelos para que un cromosoma pueda terminarcon los alelos A y B buenos juntos, mientras que el otro puede juntar los alelos A y B malos. Ahora, cuando estos cromosomas compiten, los dos alelos buenos triunfarán en las generaciones futuras ".
2. Tenemos combinaciones de alelos que son buenos en nuestro entorno actual, pero el entorno siempre está cambiando. Los buenos alelos que son adaptativos y saludables ahora pueden no serlo en la próxima generación. La recombinación puede barajar estas combinaciones de genes de modo queque algunos serán malos y esas crías morirán, pero algunas serán buenas y estas crías sobrevivirán.
"La recombinación es importante, no es difícil convencer a nadie de eso, pero cuando observamos diferentes especies, vemos que las tasas de cruce son diferentes", dice Brand. "¿Por qué aumentar o disminuir la tasa de recombinación?"
Brand no dice que no hay una tasa o distribución ideal de cruces ideales. Los cruces son necesarios para producir descendencia viable, pero el cruce también conlleva riesgos. Secuencias de ADN egoístas conocidas como transposones: elementos genéticos repetitivos que no parecen tener beneficios parasus anfitriones, se distribuyen por todo el genoma. Los transposones son similares a los virus, pero en lugar de inyectarse en las células, invaden el material genético. Si se producen cruces anormales entre transposones en diferentes lugares en los cromosomas, los cromosomas no se alinean correctamente ygenes importantes pueden ser duplicados o eliminados.
Brand y Presgraves plantean la hipótesis de que el cambio en las tasas de recombinación entre D. mauritiana y D. melanogaster puede haber evolucionado porque las especies tienen diferentes cantidades de transposones en sus genomas. D. melanogaster el genoma tiene más transposones que D. mauritiana , entonces D. melanogaster por lo tanto, puede haber evolucionado una menor tasa de cruce para evitar el mayor riesgo de cruces nocivos entre transposones.
Esto significa, entonces, que el gen MEI-218 está en constante evolución hacia un óptimo siempre cambiante. La evolución de MEI-218 es similar a los genes involucrados en la inmunidad, dice Presgraves. "Eso debería tener cierto sentido intuitivo porque los genes involucradosen inmunidad se adaptan constantemente a los patógenos cambiantes de la comunidad que nos desafían todo el tiempo "
Los biólogos evolutivos se refieren a este tipo de dinámica evolutiva como "carreras armamentistas evolutivas" porque, a través de una selección natural positiva, los genes persiguen un óptimo de condición física en constante cambio ".el óptimo ya. Tienes que evolucionar una y otra y otra vez ", dice Presgraves.
El gen MEI-218 hasta ahora solo se ha investigado en moscas de la fruta, pero la investigación sobre la recombinación tiene aplicaciones para humanos. "Durante la meiosis, se requiere al menos un cruce por cromosoma, en general, para asegurarse de que los cromosomas se separen correctamente,"Brand dice." La falta de cruces o cruces en las regiones equivocadas del genoma es lo que conduce a muchos defectos de nacimiento como el síndrome de Down ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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