Cuando dos animales tienen el mismo aspecto, comen igual, se comportan de la misma manera y viven en entornos similares, se podría esperar que pertenezcan a la misma especie.
Sin embargo, un diminuto zooplancton que roza las superficies del océano con partículas microscópicas de alimentos desafía esta suposición. Investigadores de la Universidad de Osaka, la Universidad de Barcelona y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) han analizado el genoma de Oikopleura dioica del mar interior de Seto, el Mediterráneo y el océano Pacífico alrededor de las islas de Okinawa y, al hacerlo, han planteado numerosas preguntas sobre la especiación y el papel de la ubicación de los genes en el genoma.
Sus resultados han sido publicados en Genome Research . "Oikopleura está abriendo nuevas vías en la investigación genómica", afirma el Dr. Charles Plessy de la Unidad de Genómica y Sistemas Reguladores de OIST y coautor del artículo.
"Como animal modelo, nos permite estudiar los mecanismos de los cambios genómicos en el laboratorio a medida que ocurren a gran escala y velocidad, lo cual es una enorme oportunidad".
Oikopleura dioica es un diminuto zooplancton que habita la superficie de los océanos en todo el mundo y que se utiliza como organismo modelo en biología del desarrollo.
Como cordado, el organismo comparte rasgos genéticos y de desarrollo clave con los vertebrados, incluida la presencia de una notocorda, que es un haz de nervios central similar a una cuerda como una columna vertebral, pero sin huesos. Además, su genoma compacto, el genoma animal no parásito más pequeño registrado hasta la fecha, facilita el análisis genómico a gran escala.
Los investigadores trabajaron en tres linajes de Oikopleura dioica tomados de muestras de tres mares de todo el mundo, pero aunque las características morfológicas, de comportamiento y ecológicas de los linajes son prácticamente las mismas, los genomas difieren enormemente.
Piense en el genoma como un lenguaje compartido entre todos los miembros de una sola especie, almacenado dentro del núcleo de cada célula y que contiene el conjunto completo de material genético para formar esa especie. Así como la gramática determina la disposición de las palabras para transmitir significados específicos, también las unidades básicas de información en el genoma (los genes) se regulan entre sí cuando se transcriben y traducen en los componentes fundamentales de la vida, las proteínas. .
La regulación genética implica múltiples factores que afectan la activación o la tasa de transcripción genética, como otros genes, moléculas en la célula, hormonas y muchos otros.
Lo desconcertante del genoma de Oikopleura dioica es que las lenguas de los tres linajes no parecen coincidir, a pesar de tener características físicas casi idénticas. Es decir, el "significado" producido por sus genes es prácticamente el mismo, mientras que los lenguajes genómicos son tremendamente diferentes entre ellos.
Los investigadores utilizan el término "codificación" para describir el fenómeno observado en Oikopleura dioica, un término que se origina en lingüística para denotar un fenómeno mediante el cual las oraciones se formulan utilizando una variedad de órdenes de palabras diferentes sin ningún cambio en el significado.
Si bien este fenómeno no ocurre en inglés (pero sí en japonés y otros idiomas), un ejemplo en inglés sería si la oración "el genoma de Oikopleura dioica está altamente codificado" pudiera reorganizarse como "el genoma de Oikopleura dioica altamente codificado está altamente codificado". sin un cambio de significado. Si bien los reordenamientos genómicos son comunes a todas las especies y se ha observado alteración del genoma en algunas especies durante mucho tiempo, Oikopleura dioica supera lo que antes se creía posible.
Evolución a una velocidad vertiginosa
Los investigadores compararon las secuencias genéticas de los tres linajes, lo que les llevó a estimar que compartieron un ancestro común hace unos 25 millones de años, siendo los linajes de Barcelona y Osaka más estrechamente relacionados que el linaje de Okinawa, habiendo divergido ~7 millones de años. atrás. En comparación, los humanos se separaron de los ratones hace 75-90 millones de años.
A partir de sus análisis filogenéticos, los investigadores estimaron la tasa de reordenamientos genómicos de diferentes especies como una medida cuantificable de la rapidez con la que evolucionan. A partir de esto, los investigadores descubrieron que la tasa de Oikopleura dioica es más de diez veces mayor que la de especies comparables de ascidias Ciona.
Como dice el Dr. Michael J. Mansfield de la unidad y coautor del artículo:"La Oikopleura es uno de los animales que evoluciona más rápidamente en el mundo. Los animales, especialmente los cordados, normalmente no reorganizan sus genomas hasta este punto". , a esta velocidad."
Con toda esta confusión genómica entre los linajes de Oikopleura dioica, desde una perspectiva genómica es desconcertante que puedan conservar características tan similares.
"Nuestros resultados sugieren que, si bien la organización genómica es importante, especialmente para algo tan complejo como los seres humanos, no debemos olvidar los genes individuales", sugiere el Dr. Plessy. El estudio de genes y genomas puede ofrecer dos perspectivas diferentes sobre el mismo fenómeno; como lo explica el Dr. Mansfield:"Hay científicos que estudian anatomía y otros que estudian neuronas individuales, pero ambos responden preguntas sobre el cerebro".
La codificación del genoma plantea cuestiones importantes sobre la evolución y la clasificación de la vida en especies. Por un lado, los investigadores demuestran que, aunque los tres linajes de Oikopleura dioica son prácticamente idénticos morfológica y funcionalmente, sus genomas están extremadamente desordenados, lo que podría sugerir que pertenecen a especies diferentes, aunque los investigadores subrayan que su intención no es clasifícalos aquí. Por otro lado, la expresión genética confusa pero análoga podría advertir contra una dependencia excesiva de la genómica para clasificar especies.
Sin embargo, en última instancia, "las especies no nos necesitan. Si eliminamos a los humanos, los animales son iguales, no importa cómo los clasifiquemos", como lo expresa el Dr. Plessy. En cambio, el concepto de especie es fluido, dependiendo de si es para fines de conservación, para legislación, como microbiólogo o zoólogo, o cualquiera que sea el motivo. "La pregunta '¿qué es una especie?' se puede responder con otra pregunta:¿por qué lo preguntas?"
Para el Dr. Plessy, el Dr. Mansfield y sus colaboradores en todo el mundo, este artículo es la culminación de un largo proceso de cultivo de diferentes linajes de Oikopleura dioica y desarrollo de herramientas bioinformáticas capaces de analizar sus caóticos genomas. El profesor Nicholas Luscombe, jefe de la unidad de OIST, se muestra optimista sobre el potencial de investigación del estudio y de los animales.
"Inicialmente asumimos que todos los Oikopleura tendrían genomas similares, pero nos sorprendió ver diferencias tan grandes con tanta confusión entre ellos. Queremos utilizar Oikopleura para aprender más sobre la naturaleza de los reordenamientos genómicos".
Esto es sólo el comienzo:los investigadores están lejos de terminar de estudiar el enigmático zooplancton. "Ya hemos aprendido mucho de Oikopleura, pero todavía tenemos que explorar el alcance total de la diversidad de la especie a escala global", afirma el Dr. Plessy.
El Dr. Mansfield cita al gran biólogo Jacques Monod cuando dijo que "lo que es cierto para E. coli también lo es para el elefante". Con las herramientas desarrolladas para este estudio, los equipos ahora pueden centrar su atención en otras especies. "Entramos en esto pensando que todas las Oikopleura dioica eran iguales, pero hemos demostrado lo contrario. ¿Con qué frecuencia esto es cierto para otras especies y cuánto más queda por saber sobre los mecanismos de codificación del genoma?"
Más información: Charles Plessy et al, Revuelta extrema del genoma en especies planctónicas marinas Oikopleura dioicacryptic, Investigación del genoma (2024). DOI:10.1101/gr.278295.123
Información de la revista: Investigación del genoma
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
