Al reciclar los genes sobrantes, los escarabajos hacen nuevos cuernos y ojos

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28 de julio de 2016

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</Los cuernos de los escarabajos son estructuras tremendamente variadas, tanto dentro como entre especies: algunos escarabajos los tienen, otros no. Los que los tienen han desarrollado muchas formas y tamaños especiales. Esta diversidad surge de la reutilización de genes de patrones embrionarios durante la edad adulta, según dos nuevos estudios que aparecen en Journal of Experimental Zoology y Proceedings of the Royal Society B.

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<Durante años, los biólogos del desarrollo evolutivo han investigado cómo surgen las novedades evolutivas. Después de todo, es relativamente fácil entender cómo la selección natural podría modificar una estructura existente, pero no es obvio cómo surge una estructura completamente nueva para empezar.

"Hasta ahora, los estudios sobre las novedades evolutivas han tratado principalmente sobre los patrones después de que las novedades comenzaron a desarrollarse", dijo Yuichiro Suzuki, un biólogo evolutivo del desarrollo en el Colegio Wellesley que no participó en los estudios. "Pero probablemente la pregunta más importante es, ¿cómo se coloca una estructura novedosa en una nueva ubicación en primer lugar?"

Para investigar este tema, Armin Mozcek y Eduardo Zattara, biólogos del desarrollo evolutivo de la Universidad de Indiana en Bloomington, eligieron estudiar un género de escarabajos llamado Onthophagus, que incluye especies con muchos tipos diferentes de cuernos. </Para entender cómo se desarrollan los cuernos de los adultos a partir de la cabeza de la larva, mataron cuidadosamente células seleccionadas en la cabeza de la larva y observaron cómo esto afectaba el desarrollo de los cuernos en los escarabajos adultos. De esta manera, descubrieron qué células larvales correspondían a las estructuras de los cuernos adultos. También trazaron los límites del patrón de la cabeza de la larva por el cual el animal determina la posición de sus estructuras de cuerno adultas.

Siguiente, querían saber si dos de los principales actores del patrón de la cabeza embrionaria, los genes orthodenticle1 (otd1) y six3, jugaban algún papel en el adulto. Para probar esta idea, utilizaron un método llamado interferencia de ARN para deshabilitar esos genes, y luego observaron cómo eso afectaba a la cabeza del adulto.

Para entender el posiblemente novedoso papel de estos genes embrionarios en los escarabajos adultos Ontófago , primero necesitaban saber qué hacían los genes en un escarabajo evolutivamente primitivo . </El escarabajo de la harina que se considera que representa el estado ancestral (evolutivamente primitivo), no tiene cuernos. En esta especie, otd1 se expresa en la cabeza del adulto, pero cuando los investigadores desactivaron el gen, no pasó nada, sugiriendo que el gen no tiene un papel ancestral.

Sin embargo, en Onthophagus taurus, la desactivación de otd1 causó que los cuernos masculinos existentes se hicieran más pequeños, y también provocó la aparición de un nuevo par de cuernos. Y en Onthophagus sagittarius, la pérdida de otd1 no sólo eliminó los cuernos adultos normales, sino que también causó que se desarrollara un segundo par de ojos en la parte posterior de la cabeza - y no me refiero a las marcas de los ojos, ¡me refiero a los ojos reales! Son ojos compuestos completos, y se conectan a un nervio óptico crudo. Los investigadores tienen planes para investigar el grado en que esos ojos adicionales responden a la luz.

"Nuestra interpretación [del par de ojos adicionales] es que otd1 tiene un papel fundamental en informar a las células localizadas a lo largo de la línea media donde se encuentran, y por lo tanto inhibe a esas células de desarrollar estructuras no medias incluyendo los ojos," explicó Zattara.

"Estos estudios proveen interesantes ideas sobre de dónde vienen los cuernos, tanto a nivel celular, como a nivel molecular," explicó Suzuki. "La inducción de cuernos como resultado de otd1 knockdown es particularmente interesante ya que implica que la cabeza tiene habilidades ocultas para producir cuernos."

"Es sorprendente que los mismos experimentos produzcan diferentes resultados en diferentes especies de escarabajos", añadió Kristen Panfilio, bióloga evolutiva del desarrollo en el Instituto de Biología del Desarrollo en Colonia, Alemania, quien no estuvo involucrada en el estudio. "Será fascinante descubrir precisamente cómo surgen los patrones de cuernos específicos de cada especie en futuros estudios comparativos, profundizando nuestra comprensión de la diversidad evolutiva"."

El hecho de que los genes de patrones embrionarios muestren una expresión "sobrante" en el adulto, y que el gen otd1 no estaba haciendo nada en el adulto ancestralmente, puede haber proporcionado la base para la evolución de nuevas formas y tamaños de cuernos, dicen los investigadores.

"Nuestro trabajo plantea la posibilidad de que un importante paso o limitación en la innovación puede ser la disponibilidad de genes patrones que ya se expresan en un dominio físico dado, pero en una etapa de vida diferente", dijo Mozcek. "Tales genes ya están en el lugar correcto, tienen socios interactivos con los que 'saben' cómo trabajar, y ahora sólo necesitan encontrar de alguna manera una manera de volver a ejercer partes de su repertorio funcional ya existente durante una etapa de desarrollo 'novedosa'"."

"Cuando se tiene un gen que se expresa sin ninguna función, eso significa que se puede innovar sin estropear otras cosas que todavía se necesitan", añadió Zattara.

Lee más en:

- Conservación, Innovación y Sesgo: La neofuncionalización de los genes de los patrones de la cabeza embrionaria facilita el posicionamiento de nuevos rasgos en la cabeza dorsal de los escarabajos adultos. Encuéntrala en Twitter en @vcallier o en su sitio web en https://vivianecallier.wordpress.com.

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