Recableado genético detrás de la espectacular explosión evolutiva en África Oriental

El recableado genético podría haber resultado en una explosión evolutiva en las formas, tamaños y adaptaciones de los peces cíclidos, en la respuesta de África Oriental a los pinzones de Darwin de Galápagos.

Publicado en Biología del genoma de BMC, un estudio del Earlham Institute (EI), con colaboradores de la Universidad de East Anglia (UEA) y el Wisconsin Institute for Discovery, muestra que el « recableado genético » en regiones no codificantes, en lugar de mutaciones en regiones de genes que codifican proteínas: pueden desempeñar un papel importante en la forma en que los peces cíclidos pueden adaptarse rápidamente para llenar una gama increíblemente amplia de nichos ambientales en los lagos del Rift de África oriental.

Los resultados podrían ayudar a futuros estudios para mejorar la reproducción de especies de cíclidos económicamente importantes como la tilapia, un alimento básico en la acuicultura.

Los famosos pinzones de Darwin son uno de los ejemplos más conocidos de evolución por selección natural, y más concretamente por radiación adaptativa. Las aves que observó en el archipiélago de Galápagos tenían diferencias en sus picos que podrían adaptarse a sus hábitos alimenticios específicos, ya sea que comieran semillas grandes o pequeñas, insectos o incluso usaran herramientas para encontrar comida. comida.

Sorprendentemente, durante los 2-3 millones de años, se necesitaron 14 especies de pinzones para evolucionar en las Islas Galápagos, alrededor de 1000 especies de cíclidos evolucionaron solo en el lago Malawi.

«En los Grandes Lagos de África Oriental, y durante los últimos millones de años, algunas líneas ancestrales de cíclidos se han irradiado de forma independiente y han dado lugar a más de 2.000 especies, y todavía estamos encontrando otras nuevas», dice. el primer autor, Dr. Tarang Mehta, investigador postdoctoral en el grupo Haerty de la IE.

“Ocupan una variedad muy amplia de nichos ecológicos de agua dulce en lagos, ríos e incluso pantanos: esto incluye sustratos arenosos, barro, rocas y fondos con vegetación. Como resultado, todos se adaptan a los diferentes hábitos y nichos de alimentación en estas áreas. «

Al examinar la expresión génica en diferentes tejidos de cíclidos en cinco especies representativas de ríos en África Oriental y los Grandes Lagos del Rift, el equipo descubrió un recableado evolutivo de varios genes importantes relacionados con la adaptabilidad observada. en cíclidos. El efecto que fue particularmente prominente en la visión de las especies de peces.

“Descubrimos que la mayoría de los genes recableados están asociados con el sistema visual”, dice el Dr. Mehta. “Esencialmente, si observa las diferentes especies de peces que usamos en el estudio, podría ver grandes diferencias en la red reguladora alrededor de los genes de opsina que usan para la visión dependiendo de dónde se encuentren. viven y lo que comen.

“Por ejemplo, la especie rocosa del lago Malawi, M. zebra, se alimenta de algas fitoplanctónicas que absorben los rayos ultravioleta. Esto generalmente requiere una mayor expresión de una opsina en particular, SWS1, que contribuye a la sensibilidad a los rayos UV. Esto bien puede explicar por qué tiene una red reguladora más compleja alrededor de SWS1 en comparación con el bentívoro del lago Tanganica, N. brichardi, que no comparte la misma dieta o hábitat. «

Armado con algunos genes de interés, el equipo confirmó los mecanismos detrás de estas diferencias en la regulación genética en el laboratorio. A escala fina, identificaron pequeños cambios en la secuencia de ADN de las regiones reguladoras tempranas de genes importantes para las diferencias de rasgos entre especies, incluido el sistema visual.

En lugar de cambiar el gen en sí, son las regiones del ADN llamadas sitios de unión las que se dirigen a los factores de transcripción, las proteínas que determinan si un gen está activado o desactivado. De esta manera, se puede decir que diferentes especies de peces han tenido su sistema visual «recableado» para diferentes funciones.

Yendo más allá, el equipo pudo demostrar que estos cambios podrían asociarse comúnmente con todos los peces cíclidos en el lago Malawi, y que el cableado depende de la dieta y la ecología, lo que muestra que los cambios en la unión de Los factores de transcripción podrían ser esenciales para ajustar la sensibilidad visual.

Dependiendo del rasgo, los cíclidos parecen utilizar una variedad de mecanismos genéticos para generar novedad fenotípica, sin embargo, el «retoque» de los sistemas reguladores parece ser más frecuente en los peces cíclidos de lo que se había descubierto anteriormente. Esta plasticidad evolutiva bien podría explicar la explosión de especies en un área tan pequeña en un tiempo relativamente corto.

“Es una prueba de concepto”, dice el Dr. Mehta. “A medida que se publiquen más datos, podremos examinar esto en profundidad en clados representativos de cada una de las diferentes radiaciones, no solo en el lago Malawi, sino también en el lago Tanganica, el lago Victoria e incluso algunos. Cíclidos sudamericanos «.

La profesora Federica Di Palma, profesora de Biodiversidad en UEA, dijo: “Hemos publicado una cantidad impresionante de datos de expresión que ayudarán aún más a los estudios sobre la radiación adaptativa de cíclidos en el futuro. Estamos descifrando la complejidad de estos reguladores cis. regiones que utilizan pantallas CRISPR de todo el genoma.

«El impacto más amplio de nuestro enfoque de red de genes reguladores también ayudará a informar la evolución de características agrícolas importantes para la tilapia, como la tasa de crecimiento y la tolerancia a las diferentes condiciones locales del agua». así como para la acuicultura y la pesca en general «.

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Puede acceder al papel, aquí: https: //genomebiología.biomedcentral.con/artículos/diez.1186 /s13059-020-02208-8