La teoría de la evolución de los genes que saltan se complica con el ADN compartido a través de las especies

Al ADN por lo general le gusta seguir las reglas. Las hebras de ADN se copian con cierta fidelidad, y las copias se pasan de padres a hijos, lo que impulsa la evolución como la conocemos. Pero, según las nuevas estimaciones, el cincuenta por ciento de su genoma también está compuesto de ADN renegado que le gusta saltar de una especie a otra. Este pícaro ADN, los investigadores escriben en una Biología del genoma El artículo publicado el lunes, se ha insertado al azar en casi todos los genomas de este planeta a lo largo de la evolución de la vida. Son todo lo que queda de una serie de misteriosos acontecimientos de hace millones de años.

Atma Ivancevic, Ph.D., investigadora en neurogenética y bioinformática posdoctoral y autor principal del artículo, comenzó su estudio buscando explicar por qué se puede encontrar el mismo ADN deshonesto en animales tan diferentes como los erizos de mar y los humanos. Se ha establecido que la mayoría de las especies en la Tierra comparten una gran cantidad de material genético; probablemente haya escuchado que los humanos comparten aproximadamente el 99 por ciento de nuestro ADN con chimpancés, pero estos genes son diferentes, dice Ivancevic.

"Los genes que saltan" no son en realidad genes; son piezas no codificantes de "ADN basura", dice ella. Inverso en un email "Piense en ellos como parásitos genéticos, saltando alrededor del genoma para replicarse de manera egoísta y, a veces, saltando entre especies".

En los últimos años, hemos empezado a comprender la función de estos fragmentos de ADN maliciosos, pero aún no sabemos exactamente qué hacen. Este es el misterio detrás de los genes saltarines: son migajas de un rastro de ADN, dispersos por todo el árbol de la vida. Ahora, gracias a este documento, podríamos finalmente descubrir cómo hicieron ese desastre.

Transferencia horizontal

La investigación de Ivancevic encontró que hay dos secuencias de ADN basura que se pueden rastrear en una amplia gama de especies, llamadas BovB y L1. Los investigadores llaman a estos patrones elementos transponibles (TE) porque se "copian y pegan" al azar a lo largo de los genes de los animales, desde los erizos de mar, a las vacas, a los humanos. Este proceso extraño, en el que un TE invade el material genético de otra especie, se llama transferencia horizontal.

Nuestra comprensión estándar de la reproducción se describe por transferencia vertical, la suposición de que la mayoría del material genético generalmente se transmite de padres a hijos.

Cuando dibuja un árbol genealógico, normalmente dibuja niños debajo de sus padres y, en cierto sentido, los genes tienden a caer de generación en generación de esa manera. Pero algunos TE se mueven horizontalmente a través del árbol de la vida, "saltando" del ADN de un organismo a otro a través de un mensajero llamado "vector". Los científicos no entienden completamente cómo funciona el proceso entre las especies, pero tienen una idea de lo que podrían ser los vectores.

Algunos organismos, como las bacterias, son realmente buenos en la transferencia horizontal de genes y, a menudo, lo hacen de forma natural, sin un vector. Los animales no pueden hacer eso, pero pueden ser infectado Por las bacterias, que luego pueden actuar como vectores. El documento sugiere algunos posibles candidatos para este papel de mensajero, incluidos chinches, garrapatas y langostas, y también designa a algunas criaturas vectoriales acuáticas potenciales, como las ostras y los gusanos de mar. Son estos vectores los que probablemente movieron los dos bits de secuencias de ADN basura, BovB y L1, a través de las especies.

Lo que es realmente interesante es lo que sucede una vez que el ADN llega allí. Después de que ocurre un evento de transferencia, Ivancevic y su equipo muestran que el ADN se puede replicar rápidamente. Por ejemplo, se cree que BovB surgió primero en serpientes y luego "saltó" a las vacas a través de eventos de transferencia horizontal hace millones de años, donde se replicó varias veces. Piense en ello como hacer una copia y pegar estándar, solo que presiona control-V una y otra vez.

"Para mí, lo más sorprendente no fue la transferencia, sino los efectos en el genoma del huésped después de la transferencia", dice Ivancevic. “Ahora BovB ocupa aproximadamente el 25% de la secuencia del genoma de la vaca. ¡Eso es un gran cambio!"

Buscando grandes saltos

Para ver hasta qué punto se infiltraron estas secuencias en el árbol de la vida, el equipo de Ivancevic investigó los genomas de 759 especies. Encontraron la secuencia BovB en animales tan distantes como las serpientes, las vacas, los erizos de mar, los murciélagos y los caballos (aunque los murciélagos y los caballos tenían un número bajo de secuencias completas de BovB). La secuencia L1 parecía ser aún más frecuente. Mientras que 79 especies tenían secuencias BovB, 559 Las especies tenían secuencias L1. Históricamente, se creía que L1 solo se transfería verticalmente, por lo que encontrar la secuencia L1 en estas especies dispares fue un gran avance.

BovB siempre ha intrigado a los investigadores porque hace "grandes saltos" entre especies relacionadas distantes, proporcionando evidencia de que se produjo algún tipo de evento de transferencia horizontal. Pero el análisis anterior solo mostró algunos casos en los que las secuencias L1 realizaron estos grandes saltos, lo que llevó a los investigadores a concluir que L1 probablemente solo se transmitía verticalmente.

Al lanzar una red más amplia, el equipo de Ivancevic demostró que ha habido más saltos genómicos de lo que alguna vez pensamos. “El uso de animales, plantas Y hongos realmente ayudó a detectar tantos genomas como fue posible con los datos actuales. No hay muchos estudios que busquen la transferencia a través del Reino a gran escala ", dice ella.

El hallazgo de que las L1 están presentes en 559 especies fue una evidencia convincente de que las L1 tenía Hizo estos grandes saltos. El equipo señala seis “saltos” L1 no descubiertos previamente en especies marinas hace millones de años como el posible trampolín para que este gen basura ingrese al ADN de especies en reinos completamente separados.

Escriben que uno de estos eventos horizontales podría haber hecho estallar la secuencia L1 en un ancestro ancestral de los mamíferos "therian", animales que no ponen huevos, hace entre 160 y 191 millones de años. Desde allí, la secuencia podría haberse transmitido verticalmente a todos los descendientes de esos animales antiguos, incluidos, quizás, los humanos. Si bien L1 está mayormente fragmentado e inactivo en los humanos, aún compone el 17 por ciento de nuestro genoma.

Los hallazgos como estos ilustran cómo incluso las fuerzas más pequeñas pueden remodelar la evolución. Tal vez, hace millones de años, uno de nuestros antepasados ​​más lejanos se metió en un altercado con una plaga que chupa sangre en el mar, tal vez fue un gusano marino, y de alguna manera recibió una inyección de ADN aleatorio. Ahora, millones de años después, esos cambios persisten dentro de nosotros y todavía estamos descubriendo qué roles desempeñan.

"Muestra cómo los intercambios aleatorios de ADN pueden moldear nuestra evolución", dice Ivancevic.