miércoles, 14 de julio de 2010

La transición tranquila a la multicelularidad.


Desde que se originó la vida de la que descendemos, ha habido momentos críticos en la evolución. Momentos que han supuesto un paso de gigante en vez de los pasitos de hormiga habituales. Uno de estos saltos fue la transición de seres unicelulares a pluricelulares. O eso se creía hasta ahora.

La comparación de los genomas y las proteínas previstas del alga multicelular Volvox carteri y su pariente unicelular más próximo, Chlamydomonas reinhardtii ha puesto de manifiesto que los organismos multicelulares comparten la mayoría de sus proteínas con sus ancestros unicelulares. Es decir, que en la aparición de Volvox carteri no ha habido una revolución precisamente en lo que a proteínas se refiere: no se han encontrado diferencias importantes ni en el número de genes, ni en los tamaños de las familias de genes. Los resultados, obtenidos por un amplio equipo de investigadores norteamericanos, europeos y japoneses, se publican en Science.

La evolución de la multicelularidad ocurrió repetida e independientemente en distintas líneas evolutivas: animales, plantas, hongos, así como en las algas verdes y rojas. En la mayoría de los casos el cambio de una existencia solitaria a la vida en comunidad tuvo lugar hace tanto tiempo, más de 500 millones de años, que los cambios genéticos que lo hicieron posible son muy difíciles de encontrar. Una excepción interesante a la regla son las algas verdes del género Volvox. Para éstas la transición a la multicelularidad ocurrió en una serie de cambios pequeños, potencialmente adaptativos, y el progresivo incremento en la complejidad tanto morfológica como de desarrollo se puede apreciar aún en los miembros actuales del grupo.

Estas algas se cree que evolucionaron a partir de un ancestro similar a Chlamydomonas en los últimos 200 millones de años. En la actualidad una colonia de Volvox está compuesta por multitud de células flageladas, parecidas a Chlamydomonas, que nadan de forma coordinada dentro de una esfera gelatinosa, la matriz extracelular (MEC), emparentada con la pared de la Chlamydomonas [véase la imagen].

Los datos de Volvox carteri se obtuvieron secuenciando los 138 millones de pares de bases de su genoma usando la técnica de secuenciación shotgun. El genoma de Volvox carteri resultó ser un 17% más largo que el de Chlamydomonas y la divergencia en la secuencia es la misma que puede haber entre un humano y una gallina.

A pesar de la diferencia en el tamaño del genoma, el número de proteínas previstas resultó ser muy similar para ambos organismos (14.566 en Volvox frente a 14.516 en Chlamydomonas), y no se pudieron identificar diferencias significativas en el repertorio de dominios proteicos (zonas de mayor densidad de una proteína, donde está más plegada) o en las combinaciones de dominios. Esto es un aspecto sorprendente del trabajo, pues se pensaba que la innovación a nivel de dominio jugaba un papel principal en la evolución de plantas y animales multicelulares.

Contrastando con la falta de innovación general, las proteínas de la MEC de V. carteri eran mucho más ricas que las de la pared celular de Chlamydomonas. De hecho, a nivel genético se aprecia un incremento significativo en el número y variedad de los genes de dos familias de proteínas importantes de la MEC, las feroforinas y las VMP.

Los investigadores también han detectado un incremento en el número de proteínas ciclina D en V. carteri, que regulan la división celular y puede que sean necesarias para asegurar la compleja regulación de la división celular durante el desarrollo. Finalmente, también se ha encontrado una diferencia no menor en algunos miembros de la familia de las feroforinas que han evolucionado para convertirse en una hormona que inicia la diferenciación sexual.

Referencia:

Prochnik, S., Umen, J., Nedelcu, A., Hallmann, A., Miller, S., Nishii, I., Ferris, P., Kuo, A., Mitros, T., Fritz-Laylin, L., Hellsten, U., Chapman, J., Simakov, O., Rensing, S., Terry, A., Pangilinan, J., Kapitonov, V., Jurka, J., Salamov, A., Shapiro, H., Schmutz, J., Grimwood, J., Lindquist, E., Lucas, S., Grigoriev, I., Schmitt, R., Kirk, D., & Rokhsar, D. (2010). Genomic Analysis of Organismal Complexity in the Multicellular Green Alga Volvox carteri Science, 329 (5988), 223-226 DOI: 10.1126/science.1188800

1 comentario:

copepodo dijo...

Una vez más se demuestra que las características de los organismos dependen más de la "calidad" de los genes que de su "cantidad" (siempre me ha hecho mucha gracia las comparaciones de "cantidad de genes", por ejemplo, entre humanos y chimpancés. Estoy convencido de que tiene que haber organismos con más genes que los seres humanos.

En este estudio no sólo destacaría lo parecidos que son los proteomas de Volvox y Chlamydomonas, sino las tremendas posibilidades que abren las nuevas técnicas de secuenciación masiva (como este "shotgun" o la pirosecuenciación) que ya nos permiten conocer detalles a nivel genómico de organismos más allá de Drosophila y compañía, como por ejemplo, unas humildes algas microscópicas.