El genoma revela pistas sobre las jirafas’ “Descaradamente extraño” Forma del cuerpo
ARRIBA: Las jirafas parecen ser tan extrañas por dentro como por fuera. Un nuevo estudio revela cómo estos animales han desarrollado genes altamente mutados para apoyar su extraño físico. MOGENS TROLLE
Con sus cuellos largos, las jirafas son un ejemplo de las rarezas evolutivas, pero los científicos saben muy poco sobre el fundamentos genéticos de una adaptación tan extrema. Un genoma de jirafa actualizado, publicado el 17 de marzo en Science Advances, revela nuevos conocimientos sobre cómo la especie se adapta a lo que Rasmus Heller, genetista evolutivo de la Universidad de Copenhague y autor del nuevo estudio, llama descaradamente extraña arquitectura corporal. Los huesos de las jirafas crecen más rápido que los de cualquier otro animal, por ejemplo, y la presión arterial requerida para bombear sangre por su cuello de seis pies sería fatal para los humanos. Si eres un biólogo evolutivo, es una obviedad tratar de explicar qué llevó a ese animal a parecerse a él y qué tipo de cambios genéticos se han vuelto necesarios.
Hace varios años, Heller y sus colegas lanzaron el Rumiant Genome Project (RGP), un esfuerzo de varios equipos para desarrollar los genomas de todos los mamíferos con pezuñas y dedos pares. Si bien los genomas de especies comercialmente importantes, como el ganado, están bien estudiados, las especies silvestres reciben mucha menos atención. El primer genoma de la jirafa se publicó en 2016, con pocos genomas relacionados para analizarlo. En esa investigación, los investigadores alinearon el genoma de las jirafas con el genoma de una vaca, un perro y un ser humano. Con la publicación de tres artículos en 2019 por parte de investigadores vinculados a la RGP, la cantidad total de genomas de rumiantes disponibles para comparar aumentó de seis a 50.
Para generar un genoma de jirafa más sólido, el equipo utilizó varias técnicas de secuenciación. tecnologías, en última instancia, mapeando casi el 98 por ciento del ADN de las jirafas, en comparación con aproximadamente dos tercios en el genoma anterior. La brecha entre los dos se ha llenado en gran medida con la llegada de tecnologías de secuenciación que pueden generar lecturas de secuenciación de ADN más largas, combinadas con los genomas de rumiantes adicionales que ahora se pueden usar para alinear el genoma de la jirafa y anotar sus genes.
Lo que hipotetizamos tentativamente es que . . . este gen está haciendo algo para ayudar a la jirafa a desarrollar huesos fuertes a pesar de tener la tasa de crecimiento de huesos más rápida de cualquier animal conocido.
Rasmus Heller, Universidad de Copenhague
Al buscar qué hace que las jirafas sean únicas, ayuda poder ver lo que los separa de sus parientes más cercanos, en lugar de especies lejanamente relacionadas. A nivel cromosómico, las jirafas difieren de sus primos rumiantes lejanos, separados por 11,5 millones de años de su pariente más cercano, el okapi. Mientras que la mayoría de los rumiantes tienen 30 cromosomas, las jirafas tienen solo 15, resultado de una serie de eventos de fisión y fusión a lo largo del tiempo. Si bien Heller dice que los rumiantes como grupo han reorganizado sus cromosomas con más frecuencia que otros animales, la razón de esto sigue sin estar clara. Es una buena pregunta que no tiene una respuesta sencilla, le dice Heller a El Científico. Simplemente no sabemos cuál es el significado funcional.
Desbloqueo de la jirafa
Cuando el equipo investigó más el genoma, identificaron casi 500 genes que son exclusivos de las jirafas o contienen variantes encontradas solo en jirafas.
Un análisis funcional de estos genes mostró que se asocian con mayor frecuencia con el crecimiento y el desarrollo, los sistemas nervioso y visual, los ritmos circadianos y la regulación de la presión arterial, todas las áreas en las que la jirafa se diferencia de otros rumiantes. Como consecuencia de su alta estatura, por ejemplo, las jirafas deben mantener una presión arterial que es aproximadamente 2,5 veces más alta que la de los humanos para bombear sangre a su cerebro. Además, las jirafas tienen una vista aguda para escudriñar el horizonte, y debido a que sus cuerpos extraños les dificultan ponerse de pie rápidamente, duermen ligeramente, a menudo de pie y solo durante minutos a la vez, probablemente como resultado de cambios durante la evolución de los genes. que regulan los ritmos circadianos.
Dentro de esos cientos de genes, destacaba FGFRL1. Además de ser el gen de las jirafas más divergente de otros rumiantes, sus siete sustituciones de aminoácidos son exclusivas de las jirafas. En los humanos, este gen parece estar involucrado en el desarrollo cardiovascular y el crecimiento óseo, lo que lleva a los investigadores a plantear la hipótesis de que también podría desempeñar un papel en las adaptaciones únicas de las jirafas a una vida muy vertical.
Para probar Con esta idea, Heller y su equipo usaron CRISPR para crear ratones con el gen FGFRL1 tipo jirafa. La inserción del gen específico de la jirafa no provocó cambios drásticos en el aspecto de los ratones; no hicieron brotar, como esperaba inicialmente el equipo, el icónico cuello largo de las jirafas, pero hubo lo que Heller llama cambios más sutiles.
Los huesos de ratones prenatales con el genotipo de jirafa creció más lentamente en comparación con los ratones no alterados. Sin embargo, una vez nacidos, los ratones CRISPR crecieron rápidamente a un tamaño comparable. Cuando los investigadores observaron más de cerca la estructura de los huesos, vieron que los ratones con la variante de jirafa tenían una densidad mineral ósea ligeramente más alta, un mecanismo compensatorio que evita que los huesos de rápido crecimiento se debiliten estructuralmente. Lo que hipotetizamos tentativamente es que . . . este gen está haciendo algo para ayudar a la jirafa a desarrollar huesos fuertes a pesar de tener la tasa de crecimiento de huesos más rápida de cualquier animal conocido, dice Heller.
Douglas Cavener, biólogo molecular de Penn State que formó parte del equipo que secuenció el primer genoma de la jirafa, le dice a The Scientist que, a pesar de la falta de un cambio morfológico obvio, está de acuerdo con la hipótesis del equipo. Sospecho que FGFRL1 está involucrado de manera crítica en las diferencias específicas de la jirafa en el esqueleto, pero también hay otros genes que son necesarios y que no se han integrado en los ratones CRISPR, dice Cavener. FGFRL1. . .puede ser necesario, pero no es suficiente.
Para evaluar si FGFRL1 ayuda a las jirafas a sobrellevar la hipertensión necesaria para impulsar la sangre a lo largo de sus largos cuerpos, el equipo de Hellers a continuación, inyectó a cinco ratones mutantes y cinco ratones normales un fármaco llamado angiotensina-II que induce presión arterial alta. También incluyeron cinco ratones mutantes que no recibieron el fármaco como control. Después de 28 días, los ratones normales habían desarrollado hipertensión y comenzaban a sufrir daño cardíaco y renal. Mientras tanto, los ratones tipo jirafa no se vieron afectados en gran medida, un hallazgo que sugiere fuertemente que FGFRL1 protege contra la presión arterial alta de por vida en las jirafas.
Lo que realmente hace que este artículo sea significativo es los experimentos que hicieron con la infusión de angiotensina, dice Julian Lui, científico del personal del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano que no participó en el estudio. Estos resultados, le dice a The Scientist, dan una idea de una parte de la historia de la jirafa porque la jirafa tiene adaptaciones evolutivas únicas para lidiar con la hipertensión.
Además de cultivar una comprensión más completa de los conocimientos genéticos de las jirafas que pueden ser útiles para protegerlas, ya que la especie está catalogada como vulnerable a la extinción por la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza. en humanos.
Heller agrega que, si bien aún no hay evidencia de que FGFRL1 esté asociado con enfermedades cardíacas en las personas, es un lugar prometedor para comenzar a buscar. Cuando encontramos estos genes que están vinculados a los fenotipos que nos interesan como humanos, es natural al menos hacer las preguntas, dice Heller a The Scientist. Lo que hemos hecho aquí es identificar una nueva variante de un gen que puede tener un impacto dramático en el control de la hipertensión en algunos entornos. Eso lo convierte en un gen interesante para estudios posteriores.
C. Liu et al., Un genoma imponente: Adaptaciones validadas experimentalmente a la presión arterial alta y la estatura extrema en la jirafa, Sci Adv, doi :10.1126/sciadv.abe9459, 2021.