Un estudio dirigido por la UMD encuentra que los gusanos que se fertilizan a sí mismos perdieron una cuarta parte de su genoma, incluidos los genes que hacen que los espermatozoides sean competitivos.

La reproducción en la mayoría de las especies animales requiere la reproducción entre dos individuos. Pero algunos gusanos han desarrollado la capacidad de hacerlo solos. En estas especies, un solo individuo puede reproducirse consigo mismo para producir descendencia.

Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Maryland encontró que al adquirir esta habilidad, conocido como "selfing, "puede haber causado que una especie de gusano perdiera una cuarta parte de su genoma, incluidos los genes que dan a los espermatozoides masculinos una ventaja competitiva durante el apareamiento.

"Nuestros resultados sugieren que los genes que son esenciales durante decenas de millones de años pueden volverse repentinamente inútiles o pasivos, incluso, cuando cambia el sistema sexual, "dijo Eric Haag, profesor de biología en la UMD e investigador principal del estudio, que fue publicado en la revista Ciencias el 5 de enero 2018.

Hace un millón de años una especie de gusanos diminutos llamados Caenorhabditis briggsae evolucionó la capacidad de reproducirse a través de la autofecundación. Como resultado, la mayoría de C. briggsae son hermafroditas con órganos sexuales masculinos y femeninos. El grupo de Haag, que se centra en la evolución del sexo, ha estudiado durante mucho tiempo C. briggsae debido a su comportamiento reproductivo inusual.

Estudiar cómo la autofecundación moldeó la evolución de C. briggsae , Erich Schwarz, profesor asistente de investigación de biología molecular y genética en la Universidad de Cornell y coautor correspondiente del estudio, secuenciaron el genoma de Caenorhabditis nigoni, el pariente más cercano de C. briggsae . C. nigoni siempre se reproducen al aparearse con otros individuos, o cruzando. Al comparar los genomas de las dos especies, los investigadores encontraron que los gusanos C. briggsae que se autofecundan tenían 7, 000 genes menos que C. nigoni . Tiempo extraordinario, C. briggsae perdió aproximadamente una cuarta parte de su genoma.

Debido a que los dos gusanos difieren principalmente en su método de reproducción, los investigadores plantearon la hipótesis de que el cambio de cruzamiento externo a autofecundación condujo a la pérdida del gen. Para confirmar esto, compararon la actividad genética en machos y hembras de C. nigoni y encontraron que casi tres cuartas partes de los genes que C. briggsae perdidos eran más activos en C. nigoni hombres que mujeres.

Buscando posibles funciones relacionadas con el sexo para los genes perdidos, los investigadores se centraron en una familia de genes "cortos secretados por hombres" (mss) que C. nigoni tenía pero C. briggsae no tenía. De hecho, no se conoce a sí mismo Caenorhabditis las especies tienen genes mss. Y los genes mss solo están activos en los gusanos machos de las especies cruzadas, según una investigación previa realizada por Haag, Schwarz, ex estudiante graduada de la UMD Cristel Thomas (Ph.D. '11, biología molecular y celular) y la ex estudiante de pregrado de la UMD Rebecca Felde (B.S. '13, Ciencias Biologicas).

Usando una herramienta de edición de genes llamada CRISPR, los investigadores eliminaron cuatro genes mss de una especie cruzada, Caenorhabditis remanei . Como resultado, esperma de hombre C. remanei Los gusanos que carecían de las proteínas que codifican los genes mss no podían competir contra los espermatozoides de tipo salvaje. C. remanei machos con los genes. En cambio, cuando los investigadores insertaron genes mss en gusanos C. briggsae machos, su esperma superó al esperma de los machos de C. briggsae de tipo salvaje y de los de tipo salvaje C. briggsae hermafroditas.

Los investigadores también encontraron que los genes mss codifican proteínas cortas que recubren la superficie de los espermatozoides. Tomados en conjunto, Los resultados sugieren que los genes mss dan a los espermatozoides de los gusanos machos una ventaja competitiva durante el apareamiento.

"El hecho de que todas las especies autóctonas perdieran los genes mss sugiere que estos genes, que son muy útiles para gusanos que tienen sexo masculino-femenino, son perjudiciales para los gusanos que ya no tienen relaciones sexuales entre ellos, ", Dijo Haag." Lo que estamos viendo es una instantánea evolutiva de cómo una especie afina su reproducción ".

Las especies de gusanos autofecundados pueden haber perdido los genes mss porque tener espermatozoides masculinos competitivos es dañino, según Haag. Durante el estudio, los investigadores descubrieron que tener espermatozoides masculinos más competitivos cambiaba la proporción de sexos de la especie hacia una mayor producción de machos. Este cambio podría poner en riesgo la supervivencia de los gusanos porque tener demasiados machos ralentiza el crecimiento de la población, y en la naturaleza, los gusanos deben reproducirse lo más rápido posible para sobrevivir.

Experimentos para confirmar que el esperma masculino competitivo podría dañar C. briggsae están en marcha, según Da Yin, estudiante de posgrado en ciencias biológicas del grupo de Haag y primer autor del estudio.

"Hemos comenzado a comparar el crecimiento de poblaciones de C. briggsae con y sin genes mss, lo que nos permite probar si los genes mss pueden haber sido expulsados ​​del genoma de C. briggsae por selección, "Yin dijo." Nuestra hipótesis es que C. briggsae las poblaciones con genes mss crecerán más lentamente debido a su mayor número de machos ".

Avanzando, Haag y sus colaboradores también planean investigar cómo los genes mss ayudan a los espermatozoides a competir. También quieren examinar los 7 restantes, 000 genes perdidos para descubrir su papel en C. briggsae .

"Un muy pequeño, pero importante, varios genes pueden tener roles de larga data en el apareamiento macho-hembra, roles que se remontan al comienzo de la vida animal, Hace 700 millones de años, ", Dijo Schwarz.

El trabajo de investigación, "La rápida contracción del genoma en un nematodo autofértil revela proteínas de competencia de esperma, "Da Yin, Erich Schwarz, Cristel Thomas, Rebecca Felde, Ian Korf, Cortador de aser, Caitlin Schartner, Edward Ralston, Barbara Meyer y Eric Haag, fue publicado en la revista Science el 5 de enero de 2018.