Un estudio reveló cómo evolucionar los rayos para desentrañar alas en forma de alas

Un estudio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) revela el mecanismo genético que explica cómo evolucionaron las rayas para desarrollar aletas en forma de alasorganismos además muy relevantes para comprender la evolución de los rasgos que nos hieron humanos, como las extremidades.

Precisamente, la causa genética que se encuentra detrás de la forma de sus aletas ha sido el Objeto del estudio difundido por investigadores del CSIC en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), en Sevilla, y en el Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRBB), según indica la entidad en un comunicado.

Los resultados, publicados en la revista Nature, confirman que las alteraciones de las estructuras tridimensionales que formaban el ADN al plegarse sobrio si mismo, conocido como dominios topologicamente asociados (TAD, por sus siglas en inglés), determinan los genes que se activan y desactivan en un momento determinado de la evolución.

Los investigadores señalan que los cambios genéticos que alteran los TAD pueden ser un motor de evolución. En este punto, el estudio de la evolución del genoma se centra principalmente en las regiones codificantes, se decide, en qué partes que contienen los genes que dan lugar a las proteínas.

Sin embargo, este nuevo estudio se centra en el papel de los TADs y de las regiones no codificantes. «Esta es una nueva forma de escuchar cómo evolucionan los genomas«, comenta el genetista del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular (Alemania) y uno de los principales autores del estudio Darío Lupiáñez.

Hace más de 450 millones de años, la genoma de un pez primitivoel antepasado de todos los animales vertebrados, duplicado atrás veces. La expansión del material genético ha impulsado la rápida evolución de más de 60.000 vértebras, incluidos los humanos. Uno de nuestros parientes vertebrados más lejanos son las rayas, unas organizaciones muy relevantes para comprender la evolución de los rasgos que nos hicieron humanos, como las extremidades.

por hola, los investigadores han estudiado un tipo de raya (Leucoraja erinacea) que, en función de la similitud de esta especie con los vertebrados ancestrales, «permite comparar sus características con las de otras especies para determinar qué es novedoso y qué es ancestral colgante la evolución», explica la bióloga del CABD y una de las primeras autoras, Christina Paliou.

Un momento crucial para la genómica evolutiva

En 2017, el fallecido investigador del CABD José Luis Gómez-Skarmeta, figure esencial en la genómica evolutiva en nuestro país, reunió a científicos de todo el mundo para estudiar la evolución del rayo. Su interés era investigar cómo los genomas evolucionan estructural y funcionalmente para promover la aparición de nuevos rasgos.

Aquel momento fue crucial para el campo de la genómica evolutiva. Los científicos adquirieron una visión completamente nueva sobre como es el adn de cada celulaque llega a medir hasta dos metros, se dobla en un núcleo celular de sólo 0,005 centímetros de diámetro.

Estos nuevos estudios demostraron que el el empaquetamiento del ADN en el núcleo está lejos de ser aleatorio, de forma que se organiza en estructuras 3D llamadas TADs, que contienen genes y sus reguladoras secuencias. “Estructuras 3D aseguran que los genes apropiados se activen y desactiven en un momento determinado, en células adecuadas”, explica Juan Tena, uno de los autores principales del estudio.

El genetista del centro Max Delbrück y uno de los primeros autores, Rafael Acemel, realizó experimentos utilizando la tecnología Hi-C, para explicar la estructura 3D de los TAD. Pero interpretar los resultados fue un desafío, ya que los cientificos necesariosn el genoma completo de la raya como punto de referencia. «En este momento, la referencia consistía en miles de pequeñas piezas de secuencia de ADN que estaban completamente desorganizadas, lo cual no ayudó mucho», ha subrayado.

Para superar esta dificultad, los cientificos utilizaron tecnologia de secuenciacion de lectura larga, junto con los datos de Hi-C, para ensamblar las piezas de ADN como una ruptura y asignar las secuencias desordenadas a los cromosomas del rayo. Con esta nueva referencia, finalmente fue posible reconstruir la estructura 3D de los TAD.

Con este nuevo genoma podemos establecer comparaciones con los genomas de los padres más cercanosEL tiburones, para identificar TADs alterados durante la evolución de los rayos. Estos TAD alterados comenzaron genes de la vía Wnt/PCP, la cual es importante para el desarrollo de las aletas.

También identificaron una variación específica en una secuencia no codificante cerca de los genes Hox, que también regulan el desarrollo de las aletas. «Esta secuencia específica puede activar varios genes Hox en el parte frontal de las aletas de la rayalo que no sucede en otros peces o Animaux tetrápodos», señala Paliou.

Posteriormente, los científicos realizaron experimentos funcionales que confirman que estas moléculas contribuyen a la evolución de la forma característica de la aleta de las rayas.

Los TAD impulsan la evolución

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Estudios previos habían demostrado que cambios en los TADs puede afectar la expresión de genes y causar enfermedad. En este nuevo estudio, los científicos demuestran que los TAD también están involucrados en la evolución de rasgos en determinadas especies.

“Los TADs son importantes para la regulación de los genes, es que el 40 % de ellos se conservan en todos los vertebrados, mientras que el 60 % reste ha evolucionado de una u otra forma. Este mecanismo de evolución es relativamente frecuente y explica muchos otros rasgos interesantes de las especies además de las observaciones en la naturaleza. Eres un hallazgo importante, solo sugieres que el Estructura 3D del genoma influenciada por su evolución»concluye Lupiáñez.