Instituto Antártico Chileno

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Comparando los genes de lapas que habitan la Antártica y Sudamérica

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Publicado
10 de jun del 2013

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Boletín Ciencia


1. Ejemplares de Nacella concinna en el sector intermareal rocoso de la bahía Fildes, isla Rey Jorge.

La biodiversidad marina abarca una enorme gama de niveles, que incluye genes, individuos, especies y ecosistemas. Las interacciones entre estos niveles determinan la distribución, abundancia y, en última instancia, el potencial evolutivo y la resistencia de los organismos. En la actualidad y ante el rápido cambio global, es urgente la identificación, la detección y seguimiento de la biodiversidad en todos estos niveles. El ecosistema antártico representa un laboratorio natural disponible para estudiar las bases genómicas de las respuestas de los organismos a las variaciones ambientales. Científicos de la Universidad Austral de Chile y la Universidad de Chile, apoyados por el Instituto Antártico Chileno, analizaron la lapa antártica Nacella concinna y compararon esta información con la de otras especies de Nacella que habitan en Sudamérica. Este es el primer esfuerzo para buscar diferencias genéticas entre las especies más cercanas que podrían explicar su proceso de diferenciación.

¿Cómo interactúan las especies con su ambiente? Esta pregunta ha intrigado a los investigadores durante mucho tiempo. Los antiguos y célebres naturalistas Charles Darwin y Alfred R. Wallace hicieron su vida en torno a la búsqueda de una respuesta. Hoy en día, esta pregunta sigue vigente a la luz del cambio global y el efecto que este podría tener en la distribución, abundancia y sobrevivencia de las especies y, por lo tanto, cómo podrían afectarse la estructura e interacciones existentes en los ecosistemas de los cuales son parte.

El desarrollo reciente de las llamadas tecnologías “ómicas” [del sufijo “omas”, que significa “conjunto de” y que se refiere a aproximaciones biológicas que obtienen información masiva a diferentes niveles, desde los genes (genómica) hasta los metabolitos (metabolómica)] permite identificar genes asociados a respuestas ante una presión de selección determinada, incrementando nuestra capacidad para entender la adaptación y especiación en poblaciones naturales.

Los organismos antárticos han debido adaptarse mediante cambios en fisiología, ecología y su arquitectura genómica para sobrellevar las bajas temperaturas. Uno de los grupos taxonómicos más estudiados son los peces nototénidos (orden Perciformes), predominantes en ambientes antárticos. De los estudios realizados se ha determinado que la adaptación al frío comprende una variedad de cambios evolutivos que incluyen pérdida de genes, cambios en la expresión génica, rearreglos genómicos e innovación evolutiva.

La innovación evolutiva más notable es la presencia de glicoproteínas de anticongelamiento, macromoléculas capaces de desacelerar el efecto de la actividad enzimática para evitar la degradación de proteínas por efecto del frío. El hecho de habitar ambientes crónicamente fríos y ricos en aguas oxigenadas ha conducido a la pérdida de la hemoglobina y mioglobina en estos peces, así como también a la desaparición de la respuesta al shock térmico. Además, han sido reportados cambios mayores en el genoma mitocondrial de estos peces, incluyendo rearreglos en la región control del genoma mitocondrial.

Recientemente, mediante estudios de genómica comparativa se ha determinado que, al menos, 177 familias de proteínas están sobrerreguladas en estas especies antárticas operando en la biosíntesis de proteínas, metabolismo lipídico, antioxidación, antiapoptosis (apoptosis = muerte celular) e inmunidad innata, todos procesos de importancia reconocible en mitigar el estrés en temperaturas de congelamiento.

La comprensión de los mecanismos asociados a la adaptación al ambiente frío es más escasa en otras especies marinas, sobre todo en invertebrados. Sin embargo, se puede hipotetizar que si el ambiente antártico es un modulador de la evolución de las especies que allí habitan, los cambios fisiológicos y genómicos deben estar en congruencia con los reportados para otras especies antárticas. De esta forma, pueden predecir qué cambios en la composición genómica, es decir, innovación y rearreglos genómicos en asociación con diferencias en la expresión de genes, podrían ser responsables de las respuestas fisiológicas de invertebrados marinos al estrés. Mediante una aproximación comparativa del estudio de los perfiles de expresión génica en especies del género Nacella, buscamos descifrar las bases genético-moleculares que subyacen en la aparición de rasgos adaptativos como una manera de avanzar en la comprensión de los mecanismos de la evolución adaptativa en especies que habitan ambientes extremos.

En este trabajo hemos desarrollado librerías transcriptómicas de las especies Nacella concinna (115.391 secuencias) y Nacella clypeater (116.144 secuencias) identificando un gran número de genes asociados a diferentes procesos metabólicos, componentes celulares y funciones moleculares en ambas especies. Las diferencias entre especies, como la presencia de genes de respuesta inmune, sinapsis y actividad en antioxidantes en N. concinna pero su ausencia en N. clypeater, son temas que todavía necesitamos comprender y para los que deberán ser desarrollados nuevos análisis y experimentos.

Por otro lado, hemos reconocido un gran número de secuencias repetitivas (microsatélites) que permitirán el desarrollo de nuevos marcadores moleculares para el estudio de la evolución en estas especies. A su vez, el trabajo en desarrollo permitirá avanzar en la comparación de estos perfiles transcriptómicos, permitiendo abordar preguntas como: ¿qué genes son expresados en los distintos ambientes y especies? o ¿existen novedades genéticas en la especie N. concinna?

Por Leyla Cárdenas, Gonzalo Fuenzalida, Claudio González-Wevar y Elie Poulin

Universidad Austral de Chile, Instituto de Ecología y Biodiversidad (IEB), Universidad de Chile.

Versión original publicada en el Boletín Antártico Chileno, del Instituto Antártico Chileno (descarga gratuita en www.inach.cl).