Las compensaciones en el tamaño de los órganos visuales y olfativos son una característica común de la evolución animal, pero los mecanismos genéticos y de desarrollo subyacentes no han sido claros. Un estudio publicado el 22 de agosto en la revista Célula del desarrollo revela que una sola variante de ADN que afecta el momento del desarrollo del órgano sensorial en las moscas de la fruta podría explicar la compensación del tamaño entre los ojos y las antenas, lo que podría proporcionar una ruta rápida para los cambios de comportamiento y la adaptación.
Debido a que el gen afectado, sin ojos / Pax6, se conserva en invertebrados y vertebrados, incluidos los humanos, el descubrimiento podría representar un mecanismo general para el equilibrio del tamaño de los órganos sensoriales en todo el reino animal.
Los sentidos de los que dependen los animales se han formado a través de la evolución para navegar y explotar mejor el medio ambiente. Como resultado, incluso las especies estrechamente relacionadas que viven en diferentes nichos ecológicos muestran variaciones en los tamaños y formas de sus estructuras sensoriales. En artrópodos como la frutalas moscas, las compensaciones entre el tamaño de los ojos y las antenas, donde se encuentran la mayoría de los órganos olfativos, son generalizadas.
"Lo que demostramos es que hay consecuencias de cambios sutiles en los mecanismos conservados que gobiernan cómo se desarrollan estos órganos sensoriales", dice el autor principal del estudio, Bassem Hassan, del Institut du Cerveau et de la Moelle épinière ICM. "Lo que esto significaen términos más generales es que uno no puede comprender completamente cómo la variación genética y la variación morfológica se relacionan entre sí sin comprender los procesos de desarrollo que traducen el primero en el segundo ".
Para examinar los mecanismos subyacentes, Hassan y el primer autor Ariane Ramaekers del Institut du Cerveau et de la Moelle épinière ICM combinaron análisis comparativos de diferentes cepas y especies de moscas de la fruta con enfoques de desarrollo, moleculares y de edición del genoma. Específicamente, ellos autores se centraron en una estructura llamada disco imaginal antena ocular EAD, que consiste en un campo ocular y un campo no ocular y da lugar a todos los órganos sensoriales externos de la cabeza durante el desarrollo de la mosca de la fruta.
Hassan y Ramaekers descubrieron que el campo ocular es proporcionalmente más grande en Drosophila pseudoobscura D. pse. En comparación con Drosophila melanogaster D. mel., Lo que corresponde a un aumento del 35% en el número de ommatidios, unidades pequeñas que producenarriba del ojo compuesto de insecto. De manera similar, el campo ocular es proporcionalmente más grande en la cepa D. mel. llamada Canton-S en comparación con la cepa D. mel. Hikone-AS, que corresponde a un aumento del 12.5% en el número de ommatidios.
"Estos datos sugieren que, a pesar de 17 a 30 millones de años de evolución separada entre los dos grupos de especies, la variación del número de ommatidios entre D. mel. Y D. pse. Y entre dos cepas de D. mel. Comparten una lógica de desarrollo común,"Dice Hassan.
Para buscar las causas genéticas de la variación del tamaño de los ojos, los investigadores examinaron luego las secuencias de ADN que los factores de transcripción se unen para regular la expresión del gen vecino sin ojos / Pax6. Encontraron que una única variante de nucleótido - una sustitución G> A -en un sitio de unión que diferencia la subespecie de ojo pequeño de la subespecie de ojo grande. Se predice que el alelo G en la subespecie de ojo pequeño tiene una mayor afinidad por el sitio de unión, lo que resulta en una mayor represión de la expresión del gen Pax6 sin ojos / en comparación con el alelo Aen la subespecie de ojo grande
Análisis adicionales mostraron que esta variante ocurre en poblaciones naturales de moscas de la fruta, y el alelo A corresponde a más ommatidia y menor ancho de antena entre diferentes cepas de laboratorio. Usando CRISPR / Cas9 para introducir el alelo A en un stock homocigoto G, elLos investigadores demostraron que la sustitución G> A causa un aumento en el número de ommatidios.
"Nos sorprendió la simplicidad del mecanismo de compensaciones sensoriales que identificamos: para variar el tamaño del órgano sensorial, en este caso, ojo contra antenas, es suficiente variar ligeramente la expresión de un solo gen"Ramaekers dice: "Fue particularmente satisfactorio encontrar que este gen, llamado Pax6, es el mismo que crea el ojo en todos los animales, incluidos los humanos. También nos sorprendió que lo importante para generar una compensación sea cambiar cuando,en lugar de donde, Pax6 termina siendo expresado. Para hacer el ojo más grande o más pequeño, es suficiente acelerar o ralentizar ligeramente la subdivisión de la cabeza del primordio en territorios oculares versus no oculares ".
Para los autores, los hallazgos plantean varias preguntas intrigantes. Por ejemplo, aún no está claro cómo la variante de un solo nucleótido cambia el momento de la expresión de Pax6 y el desarrollo de los órganos sensoriales. Además, es posible controlar el momento de la expresión de la claveLos genes del desarrollo podrían ser una regla general para cambiar el tamaño de un tejido u órgano. Otra pregunta interesante es si las regiones sensoriales del cerebro se ven afectadas por cambios en los tamaños relativos de los órganos sensoriales.
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