Secuencian el genoma del esturión

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esturión esterlete (Acipenser ruthenus)

Los esturiones se encuentran entre las especies más antiguas de la Tierra en términos de historia evolutiva

A veces conocido como "el Matusalén de los peces de agua dulce", el esturión y sus parientes cercanos son muy antiguos desde un punto de vista evolutivo. Los fósiles indican que los esturiones datan de hace 250 millones de años y han cambiado muy poco durante este período, al menos en lo que respecta a su apariencia externa. Por lo tanto, no es sorprendente que Charles Darwin acuñara para ellos el término "fósiles vivientes".

Ahora, científicos de la Universidad de Würzburg y el Instituto Leibniz de Ecología del Agua Dulce y Pesca Interior (IGB) con colegas en Constanza, Francia y Rusia han secuenciado con éxito el genoma del esterlete (Acipenser ruthenus), una especie relativamente pequeña de esturión. Pudieron demostrar que el material genético también ha cambiado muy poco desde el apogeo de los dinosaurios.

"Los genomas del esturión son una pieza importante del rompecabezas que nos ayuda a comprender la ascendencia de los vertebrados. Y esto ha estado ausente hasta ahora", el profesor Manfred Schartl explica las razones por las cuales los científicos están interesados en esta especie de pez. Schartl es el autor principal del estudio recientemente publicado y es profesor principal de la Cátedra de Bioquímica del Desarrollo en la Universidad de Würzburg a partir de este año.

Los esturiones se encuentran entre las especies más antiguas de la Tierra en términos de historia evolutiva. Son los antepasados de más de 30.000 especies de peces óseos que se viven hoy en día y, por lo tanto, de más del 96 por ciento de todas las especies de peces vivos y aproximadamente la mitad de todas las especies de vertebrados conocidas.

Schartl y sus colegas pudieron demostrar que los esturiones se ramificaron en su propio camino evolutivo en algún momento durante el período Devónico Superior o Carbonífero hace unos 345 millones de años. "Su apariencia externa ha cambiado muy poco desde entonces y esto también es evidente en su material genético, el ADN", explica el Dr. Du Kang, primer autor del estudio y asistente de investigación en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular II de la Universidad de Würzburg.

Para verificar esto, los genetistas tuvieron que mirar de cerca las proteínas codificadas por los genes del esterlete. Y, de hecho, sus cálculos revelan que esta llamada evolución de la proteína ha progresado a un ritmo muy lento. "La tasa de evolución proteica del esterlete es similar a la del celacanto o la de los tiburones, dos especies de peces que han estado vagando por los océanos casi sin cambios durante más de 300 millones de años", dice el Dr. Matthias Stöck, un biólogo evolutivo en el IGB.

Amplio cambio genómico hace 180 millones de años

El análisis de secuencia reveló que el genoma de los esterletes comprende 120 cromosomas, aproximadamente 47.500 genes codificadores de proteínas y 1.8 mil millones de pares de bases. Los investigadores también mostraron que el esterlete duplicó su genoma hace unos 180 millones de años, dejando a la especie en lugar de las dos normales con cuatro conjuntos de cromosomas, lo que en la jerga científica se llama tetraploidía.

La duplicación del genoma no es una sorpresa: "Tales procesos han tenido repetidamente un gran impacto en la evolución del genoma de los vertebrados", dice Manfred Schartl. Ya sus antepasados experimentaron dos veces "duplicación del genoma completo" en su historia evolutiva. Algunas especies pasaron por este proceso hasta tres o cuatro veces.

Sin embargo, lo que sí sorprendió a los científicos fue el hecho de que esta duplicación del genoma ocurrió tan lejos en la larga historia del esturión. "Durante este largo período de tiempo, habríamos esperado que el genoma cambiara más profundamente porque en los organismos tetraploides los segmentos genéticos a menudo se pierden, silencian o adquieren una nueva función con el tiempo", dice el profesor Axel Meyer, biólogo evolutivo de la Universidad de Constanza.

Resuelta una incertidumbre genómica

El estado genómico exacto de los esturiones fue controvertido durante mucho tiempo entre los científicos. Si bien algunos lo consideran poliploide, lo que significa que el genoma se duplicó varias veces, otros interpretaron al esturión como un "diploide funcional", que se refiere a una especie que primero duplica su genoma para convertirse en tetraploide pero luego reduce el contenido del gen nuevamente a medida que evoluciona. Aunque los cromosomas todavía están presentes en dos pares, dividen sus tareas entre ellos.

Ahora está claro: "Hemos descubierto que el esterlete no ha vuelto a un estado diploide. En cambio, ha retenido un grado inesperadamente alto de poliploidía estructural y funcional", dice Manfred Schartl. Esta retención se puede atribuir al lento ritmo de evolución molecular de la mayoría de las fracciones del genoma de los esterletes.

Duplicación del genoma: un laico podría suponer que esto facilita el trabajo para los científicos porque todo está disponible por duplicado. Pero, de hecho, esto presenta a los investigadores un gran desafío técnico. "Esto ha hecho que sea extremadamente difícil ensamblar y asignar los pequeños 'fragmentos de ADN' que nos proporcionan los modernos métodos de secuenciación del genoma", dice Schartl. Sin embargo, utilizando procedimientos especiales pudimos crear "un genoma de referencia muy bueno y el primer genoma de un pez antiguo" como parte de una colaboración de investigación internacional.

Investigación genética para proteger especies.

La secuenciación genética es una base importante para proteger las especies de esturión. "En el futuro, podremos determinar el sexo de los animales mediante análisis genéticos que facilitarán enormemente la reproducción. Esto nos permitirá controlar la reproducción y apoyar el manejo de las poblaciones reproductoras. Este es un hito en nuestros esfuerzos por preservar estas especies antiguas", dice el Dr. Jörn Gessner, el experto en esturiones del IGB.

Sobre los esturiones

Los esturiones son nativos de ríos, lagos y costas subtropicales, templadas y subárticas de Eurasia y América del Norte. Los esturiones son longevos y se reproducen tarde, generalmente no antes de los diez años. En muchas especies de esturión, los peces adultos migran repetidamente del mar al agua dulce para desovar. Son muy buscados por sus huevos, mejor conocidos como caviar.

Debido a la destrucción del hábitat, la fragmentación de los ríos, la contaminación marina y la producción durante 2.000 años de caviar, la mayoría de las especies de esturiones están ahora al borde de la extinción. Debido a la prohibición del comercio de caviar silvestre, la acuicultura del esturión se ha convertido en una importante industria que puede contribuir a proteger a las poblaciones silvestres asegurando el suministro del mercado.

Los científicos presentan los resultados de su trabajo en el último número de la revista Nature Ecology and Evolution: The sterlet sturgeon genome sequence and the mechanisms of segmental rediploidization

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