Un nuevo estudio muestra cómo la diferenciación de un solo gen cambia el comportamiento en un pájaro cantor salvaje, determinando si el gorrión de garganta blanca muestra más o menos agresión. El Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS publicó la investigación, dirigida por neurocientíficos de la Universidad de Emory.
Los investigadores seleccionaron un receptor de estrógeno de un complejo de más de 1000 genes conocido como "supergén", o material genético heredado juntos como un bloque. El trabajo proporciona una mirada poco común a cómo la divergencia genómica puede conducir a la divergencia de comportamiento en unvertebrado.
"La evolución ha manipulado la secuencia de ADN de un gen de este pájaro cantor, y demostramos que esos pequeños cambios afectan tanto la expresión del gen como el comportamiento del ave", dice la estudiante graduada de Emory Jennifer Merritt, primera autora del artículo.
Merritt es candidata a doctorado en el laboratorio de Donna Maney, autora principal del artículo y profesora de psicología en Emory.
"Los gorriones de garganta blanca son aves de traspatio comunes que se encuentran en la mayor parte de América del Norte", dice Merritt. "Lo que es notable de ellos es que ocurren en dos morfos diferentes que no solo tienen diferente plumaje, sino también diferentes estrategias para maximizar el rendimiento reproductivo. Ambos tipos de diferencias son causadas por la diferenciación genética de una sola región de un solo cromosoma, y sabemos exactamente dónde está ".
En algún momento durante la evolución de una especie, un cromosoma puede romperse y voltearse. Este proceso, llamado inversión, aísla los genes que están atrapados en su interior, produciendo un supergén. En algunos casos, los supergenes han dado lugar a morfos distintos dentro de unespecie única: individuos con el supergén y los que no lo tienen.
En el caso de los gorriones de garganta blanca, la morfología de rayas blancas luce rayas amarillas, negras y blancas brillantes en la corona, mientras que la morfología de rayas tostadas tiene rayas más apagadas, tostadas y grisáceas. Las aves de rayas blancas, quetodos poseen al menos una copia del cromosoma reordenado, tienden a ser más agresivos y menos parentales que las aves con rayas tostadas, que no tienen el cromosoma reordenado.
"Los científicos han planteado la hipótesis durante 100 años de que las inversiones son importantes para la evolución de algunos de los comportamientos complejos que vemos en la naturaleza", dice Maney. "Pero las inversiones son difíciles de entender porque, cuando se convierten en supergenes, todos losLos genes se heredan juntos. Ya sabíamos mucho sobre la historia natural del gorrión de garganta blanca, así como los mecanismos biológicos subyacentes a su agresión. Con ese conocimiento, pudimos demostrar finalmente el papel evolutivo de un supergén a nivel molecularnivel."
El artículo actual se basa en trabajos anteriores del laboratorio de Maney, líder en la conexión de la secuencia genética con el comportamiento en animales de vida libre. En 2014, el laboratorio identificó un receptor de hormonas, el receptor de estrógeno alfa ER-alfa, queparecía estar relacionado con las diferencias en la agresión y los comportamientos parentales de los gorriones en la naturaleza. Las aves de rayas blancas expresan este receptor en niveles mucho más altos que las aves de rayas tostadas, y cuanto más la expresión, más agresiva es la ave.
"Para este artículo, queríamos seguir la variación genética de ER-alfa hasta donde se expresa en el cerebro, y luego hasta el comportamiento, para ver si podíamos rastrear la variación del comportamiento hasta la variación en este gen", Dice Merritt.
Las aves cantan para establecer un territorio. La velocidad a la que cantan da una medida de su nivel de agresión, junto con la frecuencia con la que cargan o "atacan" a los animales que invaden lo que consideran su territorio.
En estudios de campo de gorriones de garganta blanca en su hábitat natural, los investigadores demostraron que cuanto más expresa un ave la versión supergénica del receptor de estrógeno, más vigorosamente defiende su territorio.
Los investigadores luego fueron más allá del trabajo correlacional al adoptar un enfoque experimental. A los gorriones de garganta blanca en el laboratorio se les dio una sustancia para bloquear la expresión del gen ER-alfa y se midieron sus niveles de agresión. Los resultados mostraron que cuando la expresión deque un gen estaba bloqueado, la agresión de los pájaros de rayas blancas disminuyó, por lo que se comportaron como los de rayas bronceadas.
"Creemos que esta es la primera demostración de cómo un solo gen dentro de un supergén impulsa cambios en el comportamiento social en un vertebrado salvaje", dice Merritt. Ella da una analogía para el desafío involucrado: "Imagine cada uno de los genes dentro de unsupergénicos como afluentes que convergen en un río, el comportamiento. Y luego se toma una muestra de agua del río y se determina de qué tributario proviene la muestra ".
El laboratorio de Maney continúa investigando un conjunto de otros genes neuroendocrinos capturados por el reordenamiento cromosómico en el gorrión de garganta blanca que se cree que son actores importantes en la regulación del comportamiento social.
Los coautores del artículo de PNAS incluyen a Eric Ortlund, bioquímico y experto en el gen ER-alfa en la Facultad de Medicina de Emory; Kathleen Grogan y Wendy Zinzow-Kramer, ex becarias postdoctorales en el laboratorio de Maney; yDan Sun y Soojin Yi, de Georgia Tech. El trabajo fue financiado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ciencias de la salud de Emory . Original escrito por Carol Clark. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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