Dentro del útero de un tiburón: la evolución del nacimiento vivo en peces cartilaginosos

embrión de tiburón anguila
Un embrión en desarrollo del tiburón anguila, que tiene un modo único de engendrar vida y se cree que exhibe un largo tiempo de gestación de no menos de tres años. Crédito: Frilled Shark Research Project

Homólogos de proteína de yema de huevo identificados en tiburones vivíparos

Un nuevo estudio revela que las proteínas de la yema de huevo pueden haber sido cooptadas para proporcionar nutrición materna en tiburones vivos y sus parientes.

Si bien dar a luz a crías vivas es un rasgo que la mayoría de las personas asocia con los mamíferos, este modo reproductivo, también conocido como viviparidad, ha evolucionado más de 150 diferentes veces entre los vertebrados, incluyendo más de 100 orígenes independientes en reptiles, 13 en peces óseos, nueve en peces cartilaginosos, ocho en anfibios y una vez en mamíferos. Por lo tanto, comprender la evolución de este modo reproductivo requiere el estudio de la viviparidad en múltiples linajes.

 

Entre los peces cartilaginosos, un grupo que incluye tiburones, rayas y patines, hasta el 70% de las especies dan a luz crías vivas; sin embargo, la viviparidad en estos animales sigue siendo poco conocida debido a su elusividad, baja fecundidad y grandes y repetitivos genomas.

En un reciente artículo, un equipo de investigadores dirigido por Shigehiro Kuraku, anteriormente líder del equipo en el Laboratorio de Filoinformática del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas en Japón, se dispuso a abordar esta brecha.

Su estudio identificó proteínas de la yema de huevo que se perdieron en los mamíferos después del cambio a la viviparidad pero que se mantuvieron en los tiburones y rayas vivíparos. Sus resultados sugieren que estas proteínas pueden haber desarrollado un nuevo papel al proporcionar nutrición al embrión en desarrollo en peces cartilaginosos.

Según Kuraku, que ahora trabaja como profesor del Laboratorio de Historia de Vida Molecular en el Instituto Nacional de Genética en Mishima, los investigadores han querido aprender más sobre la evolución de la viviparidad en los tiburones y sus parientes. "La reproducción es una de las características más fascinantes de los peces cartilaginosos porque muestran un amplio espectro de modos reproductivos".

Entre las especies vivíparas, esto incluye una variedad de mecanismos para proporcionar nutrientes al embrión en desarrollo, desde depender únicamente de los nutrientes presentes en el saco vitelino del embrión hasta alimentar al embrión con óvulos no fertilizados, secretando nutrientes del útero ("leche uterina"), o la transferencia de nutrientes a través de una placenta.

Para comprender mejor estos diversos mecanismos, los autores buscaron en datos genómicos y transcriptómicos de 12 peces cartilaginosos homólogos de vitelogenina (VTG), una importante proteína de la yema de huevo sintetizada en el hígado de las hembras en las especies que ponen huevos.

Independientemente de su modo reproductivo, todas las especies de peces cartilaginosos tenían al menos dos copias de VTG, mientras que todas las copias de VTG se han perdido de los mamíferos (aunque los autores identificaron una copia en el demonio de Tasmania, un marsupial, del que no se sabía que albergara un gen VTG).

A continuación, los autores buscaron homólogos del receptor VTG; mientras que los mamíferos conservan una sola copia de este receptor, Kuraku y sus colegas identificaron dos antiguas duplicaciones en tándem que dieron lugar a tres copias del receptor en peces cartilaginosos. Los autores señalan que este hallazgo fue inesperado.

"Predijimos la retención de los genes de la proteína de la yema de huevo en los genomas de los tiburones porque los tiburones vivos dependen en parte del suministro nutricional de la yema de huevo", dice Kuraku. "Lo que más nos sorprendió fue que los peces cartilaginosos, incluidos los tiburones, tienen más copias de los genes del receptor de la proteína de la yema de huevo". Esto sugirió que estas proteínas pueden proporcionar una nueva función en este linaje vivíparo.

Para arrojar luz sobre las funciones de VTG y su receptor en estas especies, los autores compararon los datos del transcriptoma tejido por tejido de un tiburón que pone huevos (la pintarroja nebulosa, cloudy catshark en inglés) y dos tiburones vivíparos. El tiburón anguila es una especie vivípara que no proporciona nutrientes maternos al embrión en desarrollo, mientras que la musola inmaculada tiene placenta. En la pintarroja nebulosa que pone huevos, VTG se expresa principalmente en el hígado y sus receptores se expresan principalmente en el ovario.

tiburón anguila

Imagen: Tiburón anguila

Por el contrario, en los dos tiburones vivíparos, VTG se expresó no solo en el hígado sino también en el útero. Curiosamente, el receptor VTG también se expresó en el útero en estas especies. Esto sugiere que las proteínas VTG pueden no solo funcionar como nutrientes de la yema, sino que también pueden transportarse al útero, donde pueden desempeñar un papel en la provisión de nutrición materna en algunos peces cartilaginosos.

Como señalaron los autores, esta intrigante posibilidad aún debe confirmarse mediante estudios funcionales. También esperan expandir este análisis a una encuesta de todo el genoma de los factores asociados con los diversos modos reproductivos de los peces cartilaginosos. Desafortunadamente, tales experimentos son difíciles en estas especies dado el desafío de obtener muestras biológicas. Sin embargo, Kuraku y sus colaboradores esperan cambiar esto.

"Este estudio fue posible gracias a la creación de redes entre personas con diversos tipos de experiencia que reconocen el potencial biológico de los peces cartilaginosos", dice Kuraku. "También condujo al lanzamiento y desarrollo del consorcio Squalomix", una iniciativa lanzada en 2020 para promover enfoques genómicos y moleculares dirigidos específicamente a especies de tiburones y rayas.

El consorcio tiene como objetivo hacer que sus recursos estén disponibles públicamente, incluida una técnica de cultivo celular que puede ayudar a permitir ensayos funcionales de moléculas, facilitando la futura investigación sobre los modos reproductivos de estas esquivas y fascinantes criaturas.

La investigación se ha publicado en Genome Biology and Evolution: Egg Yolk Protein Homologs Identified in Live-Bearing Sharks: Co-Opted in the Lecithotrophy-to-Matrotrophy Shift?

Etiquetas: EvoluciónTiburónVivíparo

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