Los genomas reorganizados pueden explicar los cefalópodos’ Smarts
ARRIBA: Un calamar bobtail hawaiano (Euprymna scolopes) TOM KLEINDINST
Pulpos, calamares y sepias, conocidos como coleoides o cefalópodos de cuerpo blando, son sorprendentemente inteligente, diestro e ingenioso. Resuelven problemas, planifican para el futuro y tienen el sistema nervioso más grande entre los invertebrados. Ahora, dos estudios recientes con algunos coautores compartidos que se publicaron en Nature Communications el 21 de abril y el 4 de mayo, descubren una reestructuración cromosómica que puede explicar cómo evolucionaron las novedades de este curioso grupo.
Gl Dlen, un neurocientífico de la Universidad Johns Hopkins que no participó en ninguno de los estudios, dice que los estudios ayudarán a los científicos a comprender cómo los genes, las sinapsis y los circuitos producen comportamientos complejos. Como neurobiólogo interesado en comprender la evolución del cerebro, creo que este es un gran paso adelante.
Los genomas de los cefalópodos revelan grandes reordenamientos genéticos
En 2015, algunos de los autores detrás de los nuevos estudios secuenciaron el primer genoma de cefalópodo, el del pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides). En ese momento, los investigadores notaron que los genes de los animales parecían estar dispuestos de manera diferente de las de otros animales. Por lo general, los genes permanecen en el mismo cromosoma, dice Oleg Simakov, biólogo del desarrollo de la Universidad de Viena en Austria y coautor del estudio de 2015, así como de los dos estudios publicados recientemente. Sin embargo, en el pulpo de dos manchas de California, muchos genes no estaban en los lugares esperados.
Pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides) TOM KLEINDINST, MARINE BIOLOGICAL LABORATORY
Sin embargo, el El significado evolutivo de este reordenamiento no estaba claro y se convirtió en el tema de los estudios recientemente publicados. Queríamos preguntar: ¿Hay alguna función? recuerda Simakov. Además, los investigadores querían asegurarse de que el aparente reordenamiento no fuera un artefacto de los métodos que usaron para ensamblar el genoma años antes. Para responder a estas preguntas, los investigadores necesitaban más detalles, en concreto, la disposición cromosómica. Si no tienes cromosomas, solo tienes partes del genoma, dice Hannah Schmidbaur, ex estudiante de posgrado de Simakov y coautora de los nuevos estudios. Máquinas de resonancia magnética
En el estudio del 4 de mayo, los investigadores construyeron genomas a nivel cromosómico para el pulpo de dos manchas de California y otros dos cefalópodos coleoides, el calamar del mercado de Boston (Doryteuthis (Loligo) pealeii) y el calamar bobtail hawaiano (Euprymna scolopes) mediante la combinación de secuencias reportadas previamente con las que obtuvieron con captura de conformación de cromatina HiC, un método que entrecruza secuencias cercanas para revelar la organización espacial de la cromatina. En comparación con los genomas de algunos de sus parientes moluscos, los genomas de los cefalópodos coleoides son muy divergentes, dice Simakov. Tienes este mosaico de cromosomas, donde los cromosomas ancestrales se rompieron y las piezas se fusionaron al azar entre sí, formando nuevos cromosomas. Incluso comparados entre sí, los tres genomas están muy reorganizados, señala un grado de reorganización que fue una sorpresa.
Al comenzar el trabajo, Simakov dice que algunos investigadores esperaban que los genomas de los cefalópodos revelaran una antigua duplicación del genoma completo. Schmidbaur señala que se produjo una duplicación cromosómica al principio de la evolución de los vertebrados y, a menudo, se le atribuye el mérito de proporcionar el forraje genético para los cerebros complejos del grupo y otros rasgos notables. Pero tal duplicación no ocurrió en los cefalópodos coleoides, dice Simakov. Solo hay una copia de cada gen, pero los cromosomas todavía estaban rotos y se han sometido a nuevos movimientos, no sabemos el mecanismo exacto, dice. Al combinar diferentes piezas de cromosomas ancestrales preservados de otro modo, se formaron nuevos cromosomas.
Crear nueva funcionalidad agrupando nuevos genes
Comprender el significado evolutivo de toda esta reorganización genética requirió enfocarse en el gen ordenar. Entonces, para el otro artículo nuevo, los investigadores se centraron en el orden de los genes en el genoma del calamar bobtail hawaiano. Descubrieron que los genes dispersos en los genomas de otros invertebrados marinos se habían unido en áreas específicas de los cromosomas de los calamares, creando aproximadamente 500 nuevos bloques de genes o microsyntenies, dice Akane Kawaguchi, bióloga molecular del Instituto de Investigación de Molecular. Pathology en Viena y uno de los coautores de este estudio.
Ver pulpos en éxtasis revela similitudes con humanos
La aparición de estos nuevos grupos de genes está relacionada con la Los reordenamientos cromosómicos observados en los cefalópodos coleoides, dice Simakov, ya que la fusión de regiones previamente dispares es lo que creó las microsintencias. Y estos reordenamientos probablemente afecten la expresión génica, le dice Kawaguchi a The Scientist. Si tres genes están en diferentes cromosomas, su expresión no está regulada al mismo tiempo o [en] el mismo tejido, señala; sin embargo, si están cerca uno del otro, su expresión podría estar más coordinada.
Calamar costero de aleta larga del Atlántico (Doryteuthis pealeii) ELAINE BEARER
De hecho, el equipo encontró que el nuevo los grupos de genes afectaron la expresión. Los investigadores observaron un grupo particular de genes que se distribuyen ampliamente en dos cromosomas en la vieira Mizuhopecten yessoensis pero están densamente empaquetados como un grupo en un cromosoma del calamar bobtail hawaiano. La hibridación in situ en el calamar bobtail mostró que todos los genes de este grupo se expresan en la región central del cerebro, pero también en tejidos y órganos donde no se expresan en las vieiras, como sus branquias . Creemos que lo más probable es que, al unir estos genes y facilitar una nueva regulación, puedan desempeñar un papel en la evolución del sistema nervioso, dice Schmidbaur.
Simakov admite que los estudios no proporcionan la respuesta final sobre si estas nuevas regiones genéticas están detrás de los impresionantes cerebros de las criaturas. No tenemos una prueba, pero encontramos una asociación de que estos genes están activos en tejidos particulares que la gente sabe que son importantes para la biología y lo que contribuye a hacer que los cefalópodos sean únicos. Él ve los ensayos funcionales como el próximo gran paso para estudiar cómo las microsintencias afectan la biología y el desarrollo de los animales.
Los cefalópodos tienen todas estas formas extrañas y maravillosas de aumentar su complejidad y diversidad en formas que los vertebrados nunca han intentado. concluye Culum Brown, biólogo de la Universidad Macquarie en Australia que no participó en el estudio. Es una forma completamente única de obtener el mismo tipo de resultados que han logrado los vertebrados.
Brown considera que los resultados de la microsintencia son potencialmente interesantes y espera que se observen resultados similares en otros cefalópodos coleoides. No es tan sorprendente que estas familias [de genes] se muestren como únicas y salgan del análisis, pero es genial. Independientemente, dice que está claro que los animales pueden enseñar mucho a los investigadores sobre biología, ya que siguen haciendo estas cosas extrañas que nadie pensó que fueran posibles.