Evolución de la discriminación por parentesco

M. xanthus cuerpos fructíferosFRANCESCA FIEGNAKin discriminación, en la que un organismo favorece a individuos genéticamente relacionados sobre individuos no relacionados en comportamientos sociales, puede surgir entre cepas bacterianas relacionadas que evolucionaron a partir de un ancestro común y se cultivaron en diferentes condiciones de laboratorio, de acuerdo con un estudio sobre la bacteria social Myxococcus xanthus publicado hoy (6 de julio) en PNAS.

“A menudo, cuando vemos este tipo de incompatibilidades sociales, o mayor cooperación entre parientes cercanos que entre extraños, se interpreta en el contexto de la teoría de la selección de parentesco, que postula que la cooperación, al menos dentro de las especies, evolucionará cuando se produzcan interacciones preferenciales entre parientes que comparten genes para la cooperación,” ; dijo Gregory Velicer de ETH Zürich, quien dirigió el trabajo. “[Hemos encontrado que] la cooperación reducida entre diferentes tipos puede surgir no debido a ninguna selección por incompatibilidad per se, sino simplemente porque estos diferentes sistemas sociales complejos evolucionaron independientemente de…

Bajo ciertas condiciones, colonias genéticamente idénticas de M. xanthus tomados con un hisopo en los extremos opuestos de una placa de agar crecen uno hacia el otro, fusionándose para formar una sola colonia. Pero como Velicer y sus colegas encontraron en un estudio anterior, algunas muestras de M. xanthus recolectados de una pequeña área de suelo no crecieron juntos en placas de agar; más bien, chocaban entre sí en el centro del plato o, en algunos casos, se acercaban pero no se tocaban del todo, dejando tiras de agar desnudo o escasamente poblado entre ellos.

Más recientemente , los investigadores observaron un segundo tipo de discriminación familiar. En agar deficiente en nutrientes, privando a M. Las colonias de xanthus forman cuerpos fructíferos, que liberan esporas resistentes que pueden soportar condiciones adversas y reactivarse cuando los nutrientes están más disponibles. En experimentos en los que dos colonias que eran genéticamente idénticas, excepto por un marcador genético, se frotaron en un plato pobre en nutrientes, los cuerpos fructíferos resultantes a menudo eran quiméricos y contenían células que se originaban en ambas colonias. Por el contrario, los cuerpos fructíferos de colonias genéticamente diferentes permanecieron separados y rara vez eran quiméricos.

Muchos organismos diversos, incluidos animales, hongos, bacterias y protozoos, exhiben discriminación por parentesco, Elizabeth Ostrowski, que estudia la discriminación por parentesco en la vida social. amebae en la Universidad de Houston, pero no participó en el trabajo, escribió en un correo electrónico a The Scientist. A pesar de ser comunes, no está claro si estas habilidades son adaptaciones que actúan para limitar la cooperación a parientes cercanos (que comparten y, por lo tanto, transmiten los mismos genes) o si evolucionaron para alguna otra función y solo de manera incidental tienen estas funciones.

El biólogo evolutivo Owen Gilbert, investigador visitante de la Universidad de Texas en Austin que tampoco participó en el trabajo, describió las teorías de la discriminación por parentesco como algo que tiene una larga historia de confusión. Las opiniones de los investigadores sobre si tal comportamiento debe considerarse una adaptación están divididas. Una hipótesis común para la evolución de la discriminación de parentesco en las bacterias es que tal comportamiento podría ayudar a prevenir las trampas, en las que una cepa se beneficia a expensas de otra durante un proceso cooperativo.

Para el presente estudio, el equipo de Velicers se propuso para probar si la discriminación de parentesco podría surgir no como resultado de la competencia entre diferentes cepas bacterianas, sino de forma independiente entre poblaciones derivadas de un ancestro común y cultivadas de forma aislada en diferentes condiciones. Los investigadores tomaron muestras de dos cultivos de M. xanthus que eran genéticamente idénticos, salvo por un gen marcador, y los cultivaron en 12 agares y entornos variables en condiciones diferentes. Las muestras se dejaron crecer en sus respectivas placas durante dos semanas antes de que los investigadores transfirieran cada muestra a una nueva placa para repetir el proceso 18 o 40 veces, dependiendo de las condiciones ambientales.

Las poblaciones resultantes mostraron parentesco discriminación contra la población de la que fueron muestreados en casi dos tercios de los casos examinados. Además, replicar poblaciones cultivadas bajo las mismas condiciones y presiones selectivas también mostró discriminación entre parientes en más de la mitad de los experimentos de los equipos.

Para explorar la base genética de la discriminación entre parientes, los investigadores secuenciaron los genomas de los terminales poblaciones y sus culturas progenitoras. No encontraron una sola mutación presente en todas las poblaciones que desarrollaron discriminación por parentesco. Además, el equipo descubrió que las mutaciones asociadas con la discriminación por parentesco contra una cultura progenitora de poblaciones en una cepa también aparecían en cepas que no exhibían discriminación por parentesco.

A menudo pensamos que [los organismos que muestran selección por parentesco] tienen una estrategia muy similar, dijo Rafael Rosengarten, investigador postdoctoral que estudia la discriminación entre parientes en Dictyostelium en el laboratorio de Gad Shaulsky en el Baylor College of Medicine, en Houston, Texas. Este estudio casi hace que parezca que realmente no existe una estrategia.

Rosengarten advirtió que diferentes especies pueden tener diferentes métodos de discriminación de parentesco y que lo que se aplica a un sistema puede no necesariamente aplicarse a otro. Y señaló que un gen, traA, identificado como una clave M. xanthus relacionado con la discriminación de parentesco en un estudio anterior, no se encontró que estuviera mutado en ninguna de las cepas discriminatorias de parentesco en el presente estudio. Además, en el presente estudio, se encontró que las cepas con los mismos alelos traA eran incompatibles, lo que cuestiona la idea de traA como marcador de compatibilidad.

Si la discriminación por parentesco es una verdadera adaptación sigue siendo objeto de debate.

Los fenotipos de discriminación por parentesco podrían haber sido seleccionados directamente y, por lo tanto, podrían ser adaptaciones a los entornos en los que surgieron, dijo Ostrowski sobre el estudio. Pero estoy de acuerdo en que [los autores] la explicación de la selección de subproductos/indirecta parece más parsimoniosa.

Su punto principal, continuó, es que no necesitamos invocar la selección directa para explicar los rasgos, incluso cuando a primera vista parecen ser adaptaciones complejas.

O. Rendueles et al., Evolución de novo rápida y generalizada de la discriminación por parentesco, PNAS, doi:10.1073/pnas.1502251112, 2015.

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