El vals genómico del tiburón

Los tiburones fascinan al público en general ya los biólogos. ¿Cómo no admirar el poder y la elegancia de estos grandes depredadores? Durante más de un siglo, los zoólogos nos han explicado la continua renovación de sus dientes, la hidrodinámica de su piel, la sutileza de su olfato… tiburones: para secuenciar los genomas de muchos mamíferos, ranas, lagartos y huesos pescado, evitamos los de estos animales. La explicación es simple: sus genomas son enormes, algunos alcanzan más del doble del tamaño del genoma humano. Pero en los últimos años las técnicas han evolucionado tanto que este problema ya no lo es. Ahora, la secuenciación genómica de varias especies de tiburones finalmente proporciona información sobre la dinámica evolutiva de este increíble grupo. Y agitar algunas ideas…

Recordemos la situación filogenética de los tiburones. Los gnatóstomos (vertebrados con mandíbula) se dividen en osteictios (animales con un esqueleto óseo, como los peces óseos, incluido el celacanto, y los tetrápodos, incluidos los mamíferos) y condrocitos (animales con un esqueleto cartilaginoso, como los tiburones). Estos últimos se dividen a su vez en dos taxones, las quimeras (u holocéfalos) y los elasmobranquios, reuniendo tiburones y rayas. El primer estudio genómico de condrichthyes no involucró a un tiburón, sino a una quimera. Bajo el impulso del genetista Sydney Brenner (premio Nobel 2002), entonces en el Instituto de Biología Molecular de Singapur, y Wesley Warren, de la Universidad de Washington en Saint-Louis, un equipo internacional publicó en 2014 el primer genoma completo de la quimera elefante. (Callorhinchus milii). ¿Por qué este animal poco conocido por el público en general, que vive entre 200 y 500 metros de profundidad frente a Australia y Nueva Zelanda? Sencillamente porque, a diferencia de los elasmobranquios, las quimeras han sufrido una reducción en el tamaño de su genoma, el del elefante quimera mide un tercio del genoma humano.

un ritmo lento

La secuenciación de dicho genoma proporciona información sobre las propias quimeras, pero también, en comparación con el genoma de los osteichtios, sobre el antepasado de los gnatóstomos. Así, estos biólogos descubrieron que acababan de secuenciar el genoma de evolución más lenta de todos los vertebrados, superando al celacanto, aún conocido por su lenta evolución.

Este descubrimiento confirmó una hipótesis de larga data de que los grandes animales ectotérmicos (que no producen calor interno) evolucionan más lentamente que otros vertebrados. Pero, sobre todo, hizo que la quimera elefante fuera particularmente interesante para arrojar luz sobre la historia evolutiva de los gnatóstomos. De hecho, a pesar de la distancia evolutiva -chondrichthyes y osteichthyes divergieron hace unos 400 millones de años-, la comparación con los genomas de mamíferos y aves reveló grupos synteny, es decir, regiones de cromosomas donde los genes mantenían el mismo orden. Naturalmente, los biólogos buscaron allí los genes responsables de la osificación en un intento de determinar el origen del esqueleto cartilaginoso de los condrocitos. Encontraron todos los genes implicados en la formación de hueso, excepto una familia de genes que codifican proteínas de unión al calcio esenciales para la mineralización ósea. Luego demostraron que estos genes aparecieron en los osteichianos después de que los dos linajes divergieran, un hallazgo que confirmó lo que los paleontólogos habían postulado hace más de treinta años.

Solo cuatro años después, un equipo japonés bajo la autoridad de Shigehiro Kuraku de la Universidad de Kobe se centró en dos elasmobranquios, la escultura de bambú (Chiloscyllium punctatum) y el murciélago nublado (Scyliorhinus torazame), cuyos genomas son uno y dos veces el tamaño del genoma humano, respectivamente. Aquí, de nuevo, se nota la lenta evolución de los genomas. Y aquí de nuevo, un análisis comparativo ayuda a esclarecer la historia de los gnatóstomos: por un lado, el equipo encuentra que si los genomas de estos dos tiburones son tan grandes es porque llevan una enorme cantidad de secuencia no codificante. Por otro lado, muestra que los osteichthyans han perdido varios cientos de genes ancestrales conservados en los condrocitos. Finalmente, todas las hormonas y sus receptores conocidos en los mamíferos e involucrados en la “maquinaria homeostática” –fertilidad, apetito, digestión, sueño– también están presentes en los condrocitos, prueba de que surgieron en un ancestro de los gnatóstomos.

adornos inesperados

Las sorpresas comenzaron a aparecer al año siguiente, cuando Mahmood Shivji, un científico de tiburones de la Universidad de Dania Beach en Florida, reunió a un equipo en torno al mítico gran tiburón blanco. (Carcharodon carcharias)popularizado por mandíbulas. El estudio comparativo de su igualmente enorme genoma mostró que los genes que allí han sufrido la presión de selección más positiva juegan un papel clave en la estabilidad del genoma, la mayoría de ellos involucrados en la reparación del ADN, una explicación de la lentitud de la evolución. Pero el equipo también notó en el tiburón blanco y en los otros elasmobranquios que examinaron un enriquecimiento en los nuevos genes involucrados. en diversas funciones biológicas, como la cicatrización de heridas.

La mayor sorpresa vino de la secuenciación del genoma del tiburón ballena (tipo Rhincodon), por un equipo en torno a George Church, de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos. Junto con el tiburón peregrino y el tiburón bocazas, es uno de los pocos tiburones que filtran el plancton. Su genoma también evolucionó muy lentamente y muestra, como el del gran tiburón blanco, una notable expansión de transposones, secuencias que se movían en el genoma. Pero el hecho significativo no está ahí. En comparación con los genomas de otras condrictias, el equipo evaluó la edad de los genes codificadores. Sorprendentemente, vienen juntos en cuatro conjuntos. La mayoría (58%) son antiguos, con más de 684 millones de años. Algunos son de mediana edad (5,4%, entre 684 y 199 millones de años) o jóvenes (2%, entre 199 y 93 millones de años). Pero muchos de ellos (34,6%) son nuevos, con menos de 93 millones de años. Así, la dinámica evolutiva de los tiburones es sorprendente, atrapados entre la evolución lenta debido a la increíble estabilidad genómica y el potencial de innovación. los secuenciación reciente del genoma de la raya equina (Leucoraja erinacea) traer nuevos elementos? La investigación apenas comienza…