El "gen del toque dorado" es una variante causada por un "gen saltador" (transposón)
Todo lo que tocaba se convertía en oro, según la leyenda de la mitología griega del rey Midas.
Todos los cíclidos Midas de América Central (llamados por los acuaristas pez rey Midas) comienzan su vida como peces con rayas blancas y negras y luego algunos de ellos pierden gradualmente su coloración negra y se vuelven dorados brillantes. Detrás del "toque dorado" en este caso no está el dios griego Dionisio, sino un gen hasta ahora desconocido.
Un equipo de científicos dirigido por el biólogo de la Universidad de Konstanz, profesor Axel Meyer, ha publicado el descubrimiento y la caracterización del gen, junto con una descripción de las variantes que podrían causar el polimorfismo de color en estos peces.
Una especie, diferentes versiones
A veces, los individuos de una misma especie difieren mucho en su forma o coloración. Científicamente, este fenómeno se conoce como "polimorfismo". Las 13 especies de peces que pertenecen a los cíclidos Midas centroamericanos (Amphilophus cf. citrinellus) y viven en lagos de cráteres en Nicaragua son un vívido ejemplo: Si bien estos peces siempre tienen una coloración oscura al principio, los "genéticamente dorados" se vuelven anaranjados, generalmente cuando alcanzan la madurez sexual, lo que da como resultado dos variantes de color entre los adultos.
El cambio de color de oscuro a dorado, que ocurre en alrededor del 10 por ciento de los animales, es, estrictamente hablando, una decoloración: En el transcurso de unas pocas semanas, las células que contienen en la piel de los peces el pigmento oscuro melanina mueren cada vez más y, por lo tanto, causan el color naranja/amarillo brillante de los animales adultos dorados. Este pigmento es el mismo que determina el color del cabello y los ojos en los humanos. Entonces, es la pérdida de células oscuras que contienen melanina lo que resalta los vibrantes colores de los peces.
En busca de la causa genética
Como la coloración de los cíclidos Midas ha fascinado a los científicos desde su descubrimiento hace más de 100 años, se sabe que la coloración dorada se transmite de una generación a la siguiente. La herencia del rasgo sigue las reglas mendelianas clásicas, y la coloración dorada es el rasgo dominante.
"Al igual que nosotros los humanos, el juego de cromosomas de los peces está presente por duplicado en cada célula. Dado que la coloración dorada es dominante sobre el tipo de color oscuro, es suficiente una sola copia genética de la 'variante dorada' por célula para que los peces desarrollen la coloración dorada en el transcurso de sus vidas", explica Axel Meyer, profesor del Departamento de Biología de la Universidad de Konstanz.
En estudios anteriores, el laboratorio de Meyer pudo reducir la ubicación de la causa genética del polimorfismo de color de los cíclidos Midas al cromosoma 11. Sin embargo, hasta ahora se desconocía el mecanismo genético responsable del cambio de color de los peces.
Para llegar al fondo del misterio, los investigadores analizaron material genético de cíclidos Midas oscuros y dorados de lagos de cráter utilizando mapas de asociación. El rasgo observable de la coloración se mapea en un mapa genético del genoma de los peces durante generaciones a través del cruce genético, en el que la variación entre cohortes de hermanos y sus abuelos localiza en el mapa genético la causa genética del rasgo.
"Lo primero que notamos en este análisis fueron inconsistencias en los resultados. Algo no encajaba del todo; literalmente, faltaba una pieza del rompecabezas", dice Axel Meyer.
El gen del 'toque dorado'
Los científicos de Konstanz sospecharon que el genoma de referencia existente del cíclido Midas utilizado para el análisis podría estar incompleto, en el sentido de que no contenía en absoluto el gen responsable de la coloración. En consecuencia, decidieron producir un genoma de referencia mejorado utilizando el nuevo método de secuenciación de lectura larga. Esta parte del estudio fue realizada principalmente por el Dr. Frederico Henning, ahora profesor de la Universidad Federal de Río de Janeiro (Brasil), y el Dr. Claudius Kratochwil, ahora trabajando como líder de grupo en la Universidad de Helsinki (Finlandia). Ambos son ex postdoctorados del grupo de investigación de Axel Meyer.
Para ello, se secuenció el genoma completo de un cíclido Midas criado en laboratorio que era heterocigoto para la coloración. Heterocigoto significa que el pez individual tiene la información genética para la coloración dorada en una copia de su cromosoma 11, y para la variante de color oscuro en su otro cromosoma 11. Luego, los investigadores repitieron su análisis original.
"Primero descubrimos en el cromosoma 11 un gen no descrito previamente en nuestro nuevo genoma de referencia, que estaba presente en dos variantes diferentes en nuestros peces: la variante d para 'oscuro' y la variante G para 'dorado'", informa Axel Meyer.
La repetición de los estudios de mapeo reveló que es muy probable que este gen esté asociado con la coloración de los cíclidos Midas: Los peces con una copia doble de la variante d mostraron una coloración oscura en la edad adulta, mientras que aquellos con una o dos copias de la variante G dominante mostraron una coloración naranja/amarilla. En referencia a la leyenda del rey Midas, los investigadores llamaron al gen recién descubierto "toque dorado (goldentouch en inglés)".
Investigaciones más profundas
Por lo tanto, los resultados proporcionaron la primera indicación sólida de que es probable que el gen del toque dorado desempeñe un importante papel en el desarrollo de diferentes variantes de color en los cíclidos Midas. Para obtener más información sobre el gen recién descrito, los investigadores continuaron con una serie de experimentos moleculares de seguimiento.
Inicialmente, encontraron que la variante dorada del gen es significativamente más larga que la variante oscura. La razón de esto es un fragmento de ADN egoísta que ha migrado al gen, un "gen saltador" o transposón. Esta pieza adicional de código genético hace que la variante dorada del gen se pliegue de manera diferente a nivel molecular que la variante oscura. Esto, a su vez, tiene consecuencias para la expresión génica: la síntesis de proteínas como producto final de la información contenida en el gen.
Los investigadores también encontraron que en todas las variantes de color del cíclido Midas, el gen se activa principalmente en las escamas, pero casi nada en otros lugares, como los órganos internos. Esto sustenta una función específica de los productos genéticos en las capas externas de la piel de los peces. "También encontramos que el gen del toque dorado se expresa en menor medida en las escamas de los cíclidos Midas dorados que en los oscuros. Así que hay diferencias en la cantidad de productos genéticos entre las variantes de color, lo que podría explicar los diferentes tipos de color", explica Axel Meyer.
Por lo tanto, aunque aún está pendiente la prueba final de que las variantes del gen del toque dorado descritas en el presente estudio son la causa directa del desarrollo de las variantes de color en el cíclido Midas, ya hay varios indicios de que así es.
"Con nuestro estudio, hemos dado un gran paso más cerca de descifrar el misterio de los cíclidos Midas. En estudios futuros, tendremos que confirmar el vínculo causal con el gen del toque dorado y descubrir en detalle cómo controla el gen el cambio de color de los peces a nivel molecular", añade Axel Meyer.
Los hallazgos se han publicado en la revista Nature Communications: An intronic transposon insertion associates with a trans-species color polymorphism in Midas cichlid fishes
Imagen de cabecera: Una pareja de cíclidos Midas (aquí: Amphilophus xiloaensis) del cráter del lago Xiloá de Nicaragua, protegiendo a sus crías. Crédito: Ad Konings, Cichlid Press
