Un equipo internacional de científicos informa en la revista biología del genoma resultados de un proyecto piloto, codirigido por Robert Waterhouse, líder del grupo en el Instituto Suizo de Bioinformática SIB y la Universidad de Lausana, para poner en marcha la iniciativa de secuencia global de miles de artrópodos. Análisis comparativos en 76 especies que abarcan 500 millonesaños de evolución revelan cambios genómicos dinámicos que apuntan a factores clave detrás de su éxito y abren muchas nuevas áreas de investigación.
Amigos y enemigos, los artrópodos gobiernan el mundo
Los artrópodos conforman el grupo de animales más rico en especies y diverso de la Tierra, con numerosas adaptaciones a lo largo de 500 millones de años de evolución que les han permitido explotar todos los ecosistemas principales. También juegan un papel vital en la ecología saludable de nuestro planetacomo beneficioso y perjudicial para el éxito de la humanidad a través de la polinización y el reciclaje de desechos biológicos, o la destrucción de cultivos y la propagación de enfermedades. "Al secuenciar y comparar sus genomas podemos comenzar a identificar algunos de los factores genéticos clave detrás de su éxito evolutivo", explica Waterhouse, "pero ¿el impacto de las actividades humanas en los tiempos modernos pondrá fin a su gobierno, o su capacidad de adaptación e innovación asegurará su supervivencia?"
El proyecto piloto i5k: secuencia de inicio del genoma de artrópodos
La iniciativa i5k para secuenciar y anotar los genomas de 5000 especies de insectos y otros artrópodos, se lanzó en una carta a Science en 2011. Desde el principio, la iniciativa tuvo como objetivo apoyar el desarrollo de nuevos recursos genómicos para comprender la biología moleculary evolución de los artrópodos. Desde entonces, el i5k se ha convertido en una amplia comunidad de científicos que utilizan la genómica para estudiar insectos y otros artrópodos en muchos contextos diferentes, desde la biología animal fundamental, hasta los efectos sobre la ecología y el medio ambiente, y los impactos sobre la salud humana y la agricultura2Para poner en marcha el i5k, se lanzó un proyecto piloto en el Baylor College of Medicine dirigido por Stephen Richards para secuenciar, ensamblar y anotar los genomas de 28 especies de artrópodos diferentes cuidadosamente seleccionados de 787 nominaciones de la comunidad.
comparaciones de genomas de especies múltiples a gran escala
"La identificación y anotación de miles de genes del proyecto piloto i5k aumenta sustancialmente nuestro muestreo genómico actual de artrópodos", dice Waterhouse. La combinación de estos con genomas secuenciados previamente permitió a los investigadores realizar un análisis comparativo a gran escala en 76 especies diversasincluyendo moscas, mariposas, polillas, escarabajos, abejas, hormigas, avispas, insectos verdaderos, trips, piojos, cucarachas, termitas, moscas de mayo, libélulas, caballitos del diablo, colas de cerdas, crustáceos, ciempiés, arañas, garrapatas, ácaros y escorpiones.Thomas de la Universidad de Indiana, EE. UU., Y Elias Dohmen de la Universidad de Münster, Alemania, utilizaron los genomas anotados para realizar los análisis evolutivos computacionales de más de un millón de genes de artrópodos.
Evolución dinámica de la familia de genes: ¿una clave para el éxito?
Los análisis del equipo se centraron en rastrear las historias evolutivas de los genes para estimar los cambios en el contenido y la estructura de los genes durante 500 millones de años. Esto permitió la identificación de familias de genes que aumentaron o disminuyeron sustancialmente, o surgieron o desaparecieron recientemente, o reorganizaron susLos dominios de proteínas, entre y dentro de cada uno de los principales subgrupos de artrópodos. Las familias de genes que cambian más dinámicamente codifican proteínas involucradas en funciones relacionadas con la digestión, la defensa química y la construcción y remodelación de quitina, una parte importante de los exoesqueletos de artrópodos.La adaptabilidad de los procesos y mecanismos digestivos para neutralizar los productos químicos nocivos sirvió indudablemente a los artrópodos, ya que conquistaron una amplia variedad de nichos ecológicos.Tal vez aún más importante, la flexibilidad que viene con un plan corporal segmentado y un exoesqueleto dinámicamente remodelable les permitió prosperar al adaptarse físicamente.a nuevos ecosistemas.
Innovación a través de la invención y la reutilización
Las familias de genes recientemente evolucionadas también reflejan funciones que se sabe que son importantes en diferentes grupos de artrópodos, como el aprendizaje visual y el comportamiento, la detección de feromonas y olores, la actividad neuronal y el desarrollo de las alas. Esto puede mejorar las habilidades de localización de alimentos o el autoajuste de las especiesreconocimiento y comunicación. Por el contrario, se identificaron pocos cambios en el ancestro de los insectos que experimentan una metamorfosis completa: el cambio dramático de la forma juvenil al adulto completamente desarrollado como una oruga que se transforma en mariposa. Esto tradicionalmente se ha considerado comoun paso importante en la evolución de los insectos desde el estado original de desarrollo a través de etapas graduales de ninfas hasta llegar finalmente a la etapa adulta ". Estos hallazgos respaldan la idea de que esta transición clave es más probable que haya ocurrido a través del cableado de las redes de genes existentes o la construcciónnuevas redes que utilizan genes existentes, un escenario de nuevos trucos para genes antiguos "explica Waterhouse.
Perspectivas genómicas en biología y evolución de artrópodos
Varios estudios genómicos detallados de especies individuales de i5k se han centrado en sus fascinantes rasgos biológicos, como la ecología de la alimentación y la biología del desarrollo del insecto de algodoncillo, la resistencia a los insecticidas, la alimentación de sangre y el sexo traumático del insecto de cama, la transferencia horizontal de genes de bacterias yLos hongos y la digestión de materiales vegetales por el escarabajo asiático de cuernos largos, y las interacciones parásito-huésped y las posibles vacunas para la mosca de las ovejas. Los análisis combinados revelan familias de genes que cambian dinámicamente y emergen recientemente y que estimularán nuevas áreas de investigación ".estas hipótesis en el laboratorio y las utilizan para estudiar directamente cómo se traduce el genoma en una morfología visible con una resolución que no se puede lograr con ningún otro grupo de animales ", dice el coautor principal, Ariel Chipman, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, IsraelLos nuevos recursos avanzan sustancialmente en el progreso hacia la construcción de un catálogo genómico integral de la vida en nuestro planeta, y con másEn un millón de especies de artrópodos descritos y estimaciones de siete veces más, ¡claramente queda mucho por descubrir!
Próximos pasos en genómica de artrópodos y más allá
Las tecnologías de secuenciación de ADN más eficaces y rentables significan que ya están en marcha nuevas iniciativas ambiciosas para secuenciar los genomas de artrópodos adicionales. Estos incluyen la Global Ant Genome Alliance y la Global Invertebrate Genomics Alliance, así como el Darwin Tree of Life Projectque está dirigido a todas las especies de animales conocidas en las Islas Británicas, y la red global de comunidades coordinadas por el Proyecto BioGenome de la Tierra EBP que tiene como objetivo secuenciar toda la biodiversidad eucariota de la Tierra7. Los objetivos de la EBP también incluyen beneficiar el bienestar humano, donde los rolesde los artrópodos son claros y es probable que los beneficios ocultos sean sustanciales, además de proteger la biodiversidad y comprender los ecosistemas, donde los informes alarmantes de números decrecientes hacen que los artrópodos sean una prioridad ". La finalización del proyecto piloto i5k, por lo tanto, representa un hito importante en el progresohacia la intensificación de los esfuerzos para desarrollar un amplio catálogo genómico de la vida en nuestror planeta ", concluye Richards.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Suizo de Bioinformática . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :