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Investigadores de la Universidad de Tel Aviv: ¿Pueden las altas temperaturas acelerar el ritmo de la evolución?

Por M S
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Itongadol.- Investigadores de la Universidad de Tel Aviv descubrieron que la herencia epigenética (que no implica cambios en la secuencia del ADN) puede afectar a la composición genética de la población durante muchas generaciones. El estudio, que se publica hoy en la revista Development Cell, ha sido dirigido por el profesor Oded Rechavi y el doctor Itai Toker, así como por el doctor Itamar Lev y la estudiante de doctorado Dra. Yael Mor, que se doctoraron bajo la supervisión del profesor Rechavi en la Escuela de Neurobiología, Bioquímica y Biofísica de la Facultad de Ciencias de la Vida George S. Wise y la Escuela de Neurociencia Sagol. El estudio se realizó en colaboración con la Universidad Rockefeller de Nueva York.

«Cultivamos gusanos C. elegans en el laboratorio en condiciones de temperatura estresante, es decir, a temperaturas ligeramente superiores a las normales», explica el profesor Rechavi. «El resultado fue que los gusanos se volvieron se aparearon más. Esto en sí mismo es interesante, pero el hallazgo realmente fascinante fue que incluso después de que los gusanos volvieran a las temperaturas normales, su descendencia, durante múltiples generaciones, siguió siendo más ‘atractiva’ para los machos. Descubrimos que las pequeñas moléculas de ARN heredables, y no los cambios en el ADN, transmitían el mayor atractivo entre generaciones. Cuando los gusanos hermafroditas se aparean con los machos en lugar de fecundarse a sí mismos, transmiten sólo la mitad de su genoma a la siguiente generación. Esta ‘dilución’ de la contribución genética de los padres es un precio muy alto, pero el beneficio es que aumenta la diversidad genética. Al realizar experimentos de evolución en el laboratorio, descubrimos que puede ser una estrategia adaptativa útil», aseguró Rechavi.

Las hembras de la especie de gusano C. elegans producen tanto óvulos (u ovocitos) como espermatozoides, y pueden autorreproducirse (de ahí que se les considere hermafroditas). Los hermafroditas producen su esperma en una cantidad limitada, sólo cuando son jóvenes. Al mismo tiempo, también hay machos raros de C. elegans en la población que pueden proporcionar más esperma a los hermafroditas mediante el apareamiento. En condiciones normales, las hermafroditas segregan feromonas para atraer a los machos para el apareamiento sólo cuando envejecen y se quedan sin su propio esperma (en ese momento el apareamiento se convierte en la única forma de continuar y reproducirse). Por lo tanto, cuando la hermafrodita es joven y aún tiene esperma, puede elegir si mezcla sus genes reproduciéndose sexualmente con un macho o no. En el nuevo estudio, se descubrió que la exposición a temperaturas elevadas anima a más hermafroditas a aparearse, y este rasgo también se conservó en la descendencia durante varias generaciones, aunque se criaron a temperaturas agradables y no experimentaron el estrés del aumento de calor.

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Prof. Oded Rechavi. (Yehonatan Zur Duvdevani)

«En el ciclo vital del gusano hermafrodita, la reserva de esperma se agota a medida que el gusano envejece», explica el Dr. Itai Toker. «En ese momento, para seguir reproduciéndose, el gusano no tiene más remedio que segregar una feromona que atrae a los machos. Las condiciones de calor que creamos interrumpieron la herencia de pequeñas moléculas de ARN que controlan la expresión de los genes en el esperma, por lo que el esperma del gusano no pudo fecundar el óvulo con la eficacia que lo haría normalmente. El gusano detectó que el esperma que producía estaba parcialmente dañado y, por tanto, empezó a segregar la feromona y a atraer a los machos en una fase más temprana, cuando aún era joven. Esto hizo que más gusanos se apareasen a una edad temprana con gusanos macho. Este rasgo (mayor atractivo) se transmitió durante muchas generaciones a la descendencia que no experimentó las condiciones de temperaturas más altas.

Los ARN pequeños controlan la expresión de los genes a través de un mecanismo conocido como ARN de interferencia o silenciamiento génico: pueden destruir las moléculas de ARNm y, por tanto, impedir el funcionamiento de genes específicos en un momento dado en un tejido o célula determinada. «En el pasado, descubrimos un mecanismo que transmite pequeñas moléculas de ARN a las generaciones futuras, en paralelo y de forma diferente al mecanismo habitual de herencia basado en el ADN. Esto permite la transmisión de ciertos rasgos de forma transgeneracional. Al inhibir específicamente el mecanismo de herencia de los pequeños ARN, demostramos que la herencia del aumento del atractivo depende de la transmisión de los pequeños ARN que controlan la actividad de los espermatozoides. Posteriormente, experimentamos con la evolución: Seguimos a la descendencia de las madres que transmitían el rasgo de atractivo a los machos con la ayuda de pequeños ARN, y, durante muchas generaciones, contra la descendencia normal de un grupo de control. Vimos que la herencia del atractivo sexual conducía a un mayor apareamiento en estas condiciones, y que como resultado la descendencia atractiva era capaz de propagar sus genes en la población con más éxito’’.

En general, los seres vivos responden a su entorno modificando su expresión genética, sin cambiar los propios genes. La comprensión de que parte de la información epigenética, incluida la información sobre las respuestas de los padres a los desafíos ambientales, está codificada en pequeñas moléculas de ARN y puede transmitirse de generación en generación ha revolucionado nuestra comprensión de la herencia, desafiando el dogma que ha dominado la evolución durante un siglo o más. Sin embargo, hasta la fecha los investigadores no han podido encontrar una forma en la que la herencia epigenética pueda afectar a la propia secuencia genética (ADN).

«La epigenética en general, y la herencia de las respuestas parentales facilitada por los ARN pequeños en particular, es un nuevo campo que está acaparando mucha atención», dice el Dr. Lev, «ahora hemos demostrado que el entorno puede cambiar no sólo la expresión de los genes, sino, indirectamente, también la herencia genética, y durante muchas generaciones». Por lo general, la herencia epigenética de las pequeñas moléculas de ARN es un asunto transitorio: el organismo se expone a un entorno concreto y conserva la información epigenética durante 3-5 generaciones. En cambio, el cambio evolutivo se produce durante cientos y miles de generaciones. Buscamos un vínculo entre la epigenética y la genética y descubrimos que un cambio en el medio ambiente, que es relevante para el calentamiento global, induce la secreción transgeneracional de una feromona para atraer a los machos, y por tanto afecta a la evolución del genoma de los gusanos».

El Dr. Mor añade: «Creemos que es una forma de que el medio ambiente ajuste la diversidad genética. Al fin y al cabo, la evolución requiere variabilidad y selección. La teoría clásica es que el entorno puede influir en la selección, pero no puede afectar a la variabilidad, que se crea al azar como resultado de las mutaciones. Nosotros descubrimos que el medio ambiente sí puede influir en la diversidad genética en determinadas condiciones».

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