Revelan nuevos mecanismos genómicos de supervivencia de peces en el frío extremo

pez del hielo
Pez hielo juvenil, Chaenocephalus aceratus. Crédito: Peter Bucktrout/Bas/Shutterstock

Los nototenioides han desarrollado proteínas anticongelantes y no tienen glóbulos rojos

Un equipo internacional con sede en la Universidad de Cambridge y el Instituto Wellcome Sanger en el Reino Unido, la Universidad de Oslo en Noruega, así como institutos en los Países Bajos, Suiza y los EE. UU. ha secuenciado los genomas de 24 especies de peces antárticos.

Su trabajo permite el estudio de cómo sobreviven estos peces en el océano austral bajo cero y arroja luz sobre la historia evolutiva de estos icónicos animales.

Los nototenioides son un grupo único de especies de peces. Viven en las frías aguas debajo del hielo antártico, en gran parte aislado del resto del mundo marino por una corriente circular alrededor del continente.

Los nototenioides han desarrollado proteínas anticongelantes que les permiten sobrevivir a la temperatura del agua, que puede alcanzar los -2°C, un entorno hostil para la mayoría de las especies.

Un subgrupo de nototenioides, llamados "peces del hielo", ha perdido sus proteínas de hemoglobina que se unen al oxígeno y eso los convierte en los únicos vertebrados que se sabe que no tienen glóbulos rojos.

Los investigadores secuenciaron los genomas de 24 especies de peces nototenioideos. Estos nuevos datos del genoma se generaron utilizando las últimas tecnologías de lectura larga, lo que permitió al equipo determinar la secuencia de regiones complejas y repetitivas de ADN en el genoma que antes no había sido posible descifrar. Utilizando estos nuevos datos, exploraron la historia evolutiva de los nototenioides y los mecanismos que respaldan la adaptación al frío extremo.

especies de Notothenioidei

Imagen: El suborden Notothenioidei, las 24 especies objetivo y las distribuciones geográficas representativas de las especies secuenciadas de PacBio.

Los datos muestran que los nototenioides resistentes al frío se separaron de otras especies hace unos 10,7 millones de años, que es más reciente de lo que se pensaba anteriormente, y muchas especies nuevas comenzaron a evolucionar rápidamente hace aproximadamente 5 millones de años.

Varias características genómicas han ayudado a la supervivencia y el establecimiento de este grupo. Los investigadores encontraron que el tamaño del genoma se ha duplicado en las especies que se especializan en el frío extremo, como la familia de los Channichthyidae o "peces del hielo".

Esta expansión del tamaño del genoma se debió a un gran aumento en la cantidad de elementos genómicos conocidos como transposones que tienen la capacidad de copiarse a sí mismos en nuevas posiciones dentro del genoma y potencialmente pueden introducir nuevas funciones.

Al mismo tiempo, funciones que normalmente se consideran esenciales para la supervivencia, como la producción de hemoglobina, se han perdido en el "pez del hielo".

"La supervivencia en un entorno tan duro requiere compensaciones adicionales del organismo, y estos peces han desarrollado proteínas especiales que actúan como anticongelantes para evitar que se congelen", dice la Dra. Iliana Bista, autora principal del artículo, en colaboración con el Centro de Biodiversidad Naturalis, los Países Bajos y el Instituto Wellcome Sanger.

"Estos peces son los únicos vertebrados que se sabe que han perdido por completo sus hemoglobinas y su sangre se ve blanca. Esto es notable porque se necesitan hemoglobinas para transportar oxígeno a través del cuerpo; su pérdida en el pez del hielo solo es posible porque el oxígeno se disuelve mejor en el agua a temperaturas muy bajas y debido a adaptaciones genómicas y fisiológicas adicionales".

"Los peces nototenioides viven al borde de la viabilidad. La secuenciación de una amplia colección de sus genomas brinda información sobre cómo han evolucionado para sobrevivir allí y respalda nuestra comprensión de un ecosistema crítico. Este estudio es un gran ejemplo de cómo los avances en genómica están revolucionando nuestra capacidad para comprender la biodiversidad en todo el mundo", dice el profesor Richard Durbin, autor principal de la investigación, Wellcome Sanger Institute y la Universidad de Cambridge.

Los hallazgos se han publicado en Nature Communications: Genomics of cold adaptations in the Antarctic notothenioid fish radiation

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