El genoma del dragón de Komodo revela pistas sobre su evolución

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dragón de Komodo

Tienen un metabolismo cercano a los mamíferos

Los dragones de Komodo son los lagartos más grandes del mundo. Estos depredadores que pesan hasta 90 kilos pueden detectar a sus presas desde hasta 12 km de distancia. Y, aunque son de sangre fría, pueden acelerar su metabolismo a niveles cercanos a los mamíferos, lo que les da una gran velocidad y resistencia. Sin embargo, los científicos han entendido poco acerca de cómo codifica el ADN de estos notables lagartos características tan sorprendentes.

Ahora, un nuevo estudio realizado por investigadores de los Institutos Gladstone, en estrecha colaboración con científicos de la UC San Francisco (UCSF) y el Zoológico de Atlanta, proporciona la primera secuencia de alta resolución del dragón de Komodo, así como una idea de cómo evolucionó.

"Comenzamos el proyecto hace 9 años para ver cómo evolucionan los genomas pero, para hacerlo, necesitábamos primero las secuencias del genoma", dijo el investigador principal de Gladstone, Benoit Bruneau, Ph.D., autor principal del estudio. "En ese momento, otros grupos habían secuenciado el genoma de la tortuga, la serpiente y el genoma de las aves, y el genoma del cocodrilo estaba en proceso, pero la rama que faltaba eran los lagartos varanidosvaranidos, la familia a la que pertenecen los dragones de Komodo".

"Fui a la isla de Komodo hace años como turista, y vi dragones de Komodo en la naturaleza", dijo Katherine Pollard, Ph.D., investigadora principal y directora del Instituto Gladstone de Ciencia de Datos y Biotecnología, quien es la otra autora principal del estudio. "Nunca hubiera adivinado que algún día trabajaría en su genoma. ¡Ni siquiera teníamos un genoma humano en ese momento!"

El equipo estudió el ADN de dos dragones de Komodo del zoológico de Atlanta llamados Slasher y Rinca, cuyas muestras de sangre se obtuvieron como parte de sus controles anuales programados.

"Este proyecto fue una gran oportunidad para nosotros de aprender más sobre los dragones de Komodo utilizando las mejores y más nuevas tecnologías, y luego poder contribuir con nuestros hallazgos hacia el conocimiento general de la biología de los lagartos", dijo Joseph R. Mendelson III, Ph.D., herpetólogo y biólogo evolutivo de vertebrados, y director de investigación en el Zoo de Atlanta.

El estudio, que fue publicado en la revista Nature Ecology & Evolution y en BioRxiv como una preimpresión con un repositorio de datos, proporciona una secuencia de muy alta calidad del genoma del dragón de Komodo, que ahora puede usarse como referencia en los esfuerzos para secuenciar otros genomas de vertebrados.

"Los genomas de vertebrados son grandes y contienen muchas secuencias repetitivas", explicó Pollard, quien también es profesor en la UCSF y un investigador del Biohub Chan Zuckerberg. "La mayoría de las tecnologías de secuenciación solo producen a la vez cortos tramos de secuencia. Cuando esos tramos cortos incluyen elementos repetitivos, es imposible saber a dónde pertenecen y a qué se conectan, lo que dificulta unirlos".

Para solucionar este problema, el equipo adoptó un enfoque múltiple.

"Utilizamos múltiples tecnologías, incluida la secuenciación de largo alcance y una técnica de mapeo físico para hacer el ensamblaje", dijo Bruneau, quien también es director del Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares y profesor del Departamento de Pediatría de la UCSF. "Como resultado, tenemos para el dragón de Komodo una secuencia súper profunda y de muy alta calidad".

Una vez que los científicos tuvieron la secuencia, utilizaron herramientas computacionales para compararla con la de otros reptiles y ver qué hace único al genoma del dragón de Komodo.

Específicamente, buscaban cambios en el genoma que ayudaran al dragón de Komodo a adaptarse a su entorno, que han sufrido un proceso evolutivo llamado selección positiva. Un hallazgo notable fue que la selección positiva ha dado forma a varios genes involucrados en la función de las mitocondrias, las centrales energéticas de la célula que controlan qué tan bien funcionan el corazón y otros músculos.

"Nuestro análisis mostró que en los dragones de Komodo, muchos de los genes involucrados en la forma en que las células producen y usan la energía han cambiado rápidamente en formas que aumentan la capacidad aeróbica del lagarto", dijo Abigail Lind, Ph.D., investigadora postdoctoral en el laboratorio de Pollard y primera autora del estudio. "Es probable que estos cambios sean clave para la capacidad del Komodo de alcanzar el metabolismo cercano a los mamíferos".

Los lagartos generalmente no son conocidos por su alta capacidad aeróbica. En otras palabras, se agotan rápidamente después de los esfuerzos físicos.

"Sin embargo, sabemos que al trabajar con los dragones de Komodo son capaces de realizar una actividad aeróbica sostenida, que podría ser nadar, correr o caminar distancias extremadamente largas", explicó Mendelson, quien también es profesor asociado adjunto en el Instituto de Tecnología de Georgia. "Nuestro estudio nos mostró que el secreto está en estas adaptaciones mitocondriales para aumentar su gasto cardíaco. Esto nos permite comprender cómo pueden hacer estos animales lo que habíamos estado observando".

Además, los investigadores descubrieron que los dragones de Komodo, junto con algunos otros lagartos, tienen una cantidad inesperadamente grande de genes que codifican sensores químicos conocidos como receptores vomeronasales. Estos receptores son parte de un sofisticado sistema sensorial que permite a los animales detectar hormonas y feromonas.

Este tipo de detección está involucrado en una variedad de actividades, que incluyen reconocimiento de parentesco, elección de pareja, evitación de depredadores y caza. En el genoma del Komodo, el equipo encontró más de 150 copias de una clase de genes del receptor vomeronasal.

El equipo también descubrió que muchos de estos genes son únicos para cada especie de lagarto individual, lo que aumenta la posibilidad de que los receptores vomeronasales del dragón de Komodo puedan funcionar de formas específicas en el Komodo.

"Será interesante determinar si esto explica la capacidad de los dragones de Komodo para detectar presas a distancias tan grandes", dijo Bruneau. "Una de las cosas interesantes de este proyecto es que no sabíamos qué esperar. Esta fue una oportunidad para observar un genoma y decir: 'Cuéntame la historia de tu organismo'".

Luego, Bruneau y su equipo esperan usar sus hallazgos para investigar cómo los genes que controlan la formación del corazón de los vertebrados han cambiado a lo largo de la evolución, ya que la mayoría de los reptiles tienen solo un corazón de tres cámaras, mientras que los mamíferos tienen cuatro cámaras.

La secuencia del genoma completa también representa un recurso invaluable para los biólogos conservacionistas interesados en rastrear dragones de Komodo para estudiar su ecología, y para los muchos científicos de todo el mundo que investigan la evolución de los vertebrados.

Filogenia especies

Imagen: Filogenia estimada de especies de 15 especies de reptiles no aviarias, 3 especies de aves y 4 mamíferos. (Filogenia de máxima probabilidad construida a partir de 1.394 proteínas ortólogas uno a uno. Se muestran valores de soporte de 10.000 réplicas de arranque).

"La importancia de este estudio supera con creces a los dragones de Komodo", dijo Mendelson. "Nos da un marco para comparar otros animales secuenciados y comprender la base genética de cómo han evolucionado todas sus características. Este proyecto también pone de relieve la importancia de preservar la biodiversidad y el importante papel que los zoológicos pueden desempeñar en la investigación a gran escala sin ser perjudiciales para los animales a nuestro cuidado".

Artículo científico: Genome of the Komodo dragon reveals adaptations in the cardiovascular and chemosensory systems of monitor lizards

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