Se descubrió que los genes jóvenes se adaptan más rápido que los viejos

( a ) Definición filogenética de los estratos utilizados en los análisis para A. thaliana (arriba) y D. melanogaster (abajo). Se muestra el número de genes asignados a cada clado. ( b ) Relación entre la tasa de evolución de proteínas (ω), sustituciones no sinónimas no adaptativas (ωna) y sustituciones no sinónimas adaptativas (ωa) con la edad del gen en A. thaliana (arriba) y en D. melanogaster (abajo). Los clados se ordenan de acuerdo con (a). En D. melanogaster, se muestran los resultados de los genes ligados al cromosoma X, autosómicos y totales. Los valores medios de ω, ωna y ωa para cada categoría se representan con los puntos negros. Las barras de error indican el intervalo de confianza del 95 % para cada categoría, calculado sobre 100 réplicas de arranque. Crédito:Biología PLOS (2022). DOI:10.1371/journal.pbio.3001775

Un nuevo estudio del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva en Plön y la Universidad de Sussex en el Reino Unido muestra que la edad de un gen determina qué tan rápido se adapta. Estos hallazgos demuestran cómo se produce la evolución de los genes como un "paseo adaptativo" a través del tiempo.

Nuevas especies surgen y evolucionan porque los individuos acumulan mutaciones en su genoma, algunas de las cuales no tienen ningún efecto. Otros conducen a cambios que otorgan a sus transportistas claras ventajas competitivas. Ya en 1932, Sewall Wright introdujo una metáfora que inspiró décadas de investigación teórica y experimental en biología evolutiva para describir el proceso de adaptación. Wright describió el modelo del "paisaje de la aptitud".

Aquí describió a una población en evolución como "excursionistas" que avanzan hacia un pico de condición física. Al igual que un montañero que sube lentamente a la cima de una montaña. En 1998, Orr demostró que esta "caminata adaptativa" sigue una regla simple de rendimientos decrecientes:cuanto más lejos está una población de su pico de aptitud, mayores son los pasos que da.

Una predicción de esta teoría es que los genes recientemente evolucionados, es decir, los genes "jóvenes" tienden a acumular más mutaciones adaptativas con mayores efectos que los genes más antiguos porque están más lejos de su pico de aptitud. Esta es precisamente la hipótesis que Ana Filipa Moutinho y Julien Dutheil del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva, junto con Adam Eyre-Walker de la Universidad de Sussex, querían probar.

Sin embargo, probar esta hipótesis resultó ser bastante difícil. El registro histórico de mutaciones acumuladas en un gen generalmente no está disponible y sus efectos sobre la aptitud son en gran parte desconocidos. Además, otras propiedades de los genes, como su longitud, pueden distorsionar el efecto de la edad del gen. Por lo tanto, los autores propusieron un nuevo enfoque para probar el modelo de evolución genética de la marcha adaptativa.

Primero, utilizaron modelos genéticos de población que pueden evaluar la variación en el efecto de aptitud de las mutaciones. Para ello, compararon los genomas de varios individuos de una población y midieron la tasa de evolución adaptativa en diferentes categorías de genes. Asimismo, aprovecharon que no todos los genes de un genoma tienen la misma edad.

Algunos genes son jóvenes y solo los comparten unas pocas especies estrechamente relacionadas, mientras que otros son más antiguos y los comparten especies que se separaron hace millones de años. Finalmente, utilizaron la distribución de mutaciones entre genes de diferentes edades para comprender cómo las mutaciones adaptativas se propagan con el tiempo.

Usando dos especies distintas, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster y la pequeña planta con flores Arabidopsis thaliana, este estudio mostró que la edad de un gen afecta significativamente la tasa de adaptación molecular y que las mutaciones en genes jóvenes tienden a tener efectos más grandes. Estos resultados proporcionan la primera evidencia empírica sólida de que la evolución molecular sigue un modelo de caminata adaptativa en una escala de tiempo evolutiva profunda y agrega una nueva capa de evidencia a la teoría del paisaje de aptitud propuesta hace casi 100 años.

La investigación fue publicada en PLOS Biology . + Explora más