MADRID, 18 Dic. (EUROPA PRESS) -
Un estudio liderado por la Universidad de Utah, en Salt Lake City, Estados Unidos, identificó el "gen de inviabilidad híbrida", buscado durante hacer mucho tiempo y responsable de crías muertas o infértiles cuando dos especies de moscas de la fruta se aparean entre sí. El descubrimiento arroja más luz sobre el proceso genético y molecular que conduce a la formación de nuevas especies y puede proporcionar pistas sobre cómo se desarrolla el cáncer.
"Sabíamos desde hace décadas que algo como este gen debía existir y nuestro enfoque finalmente nos permitió identificarlo", celebra el biólogo Nitin Phadnis, autor principal del estudio publicado este jueves en la revista 'Science'. La definición de una especie es que no puede reproducirse con éxito con otra especie, por lo que "entender la especiación es comprender cómo evolucionaron estas barreras reproductivas", dice.
"Se les llama nuevas especies cuando hay barreras que les impiden criar entre sí. La identificación de estos genes y descubrir las bases moleculares de la esterilidad híbrida o la muerte es la clave para entender cómo las nuevas especies evolucionan y sigue siendo una de las grandes preguntas y de larga duración en biología desde Darwin", explica.
Una gran sorpresa es que el gen que hace inviable híbridos de la mosca de la fruta --llamado gfzf-- es un "gen de regulación del ciclo celular" o "un puesto de control genético del ciclo celular" normalmente involucrado en la detención de la división celular y la replicación si se detectan defectos. Pero cuando mutó o se volvió incapacitado en este estudio, el gen permitió la supervivencia de machos híbridos de las dos especies de moscas de la fruta.
El gen gfzf evoluciona rápidamente, que es lo que los biólogos esperan de genes de inviabilidad híbrida. Pero también fue una sorpresa porque los genes que controlan el ciclo celular, por lo general, evolucionan lentamente porque son genes esenciales "conservados" en la mayoría de los organismos.
Eso y el descubrimiento de que gfzf causa la muerte o la infertilidad en los híbridos de mosca de la fruta "es realmente importante en la biología del cáncer", dice Phadnis. "Biólogos del cáncer están interesados en los puestos de control del ciclo celular, ya que pueden contraer cáncer cuando funcionan mal [y las células proliferan sin control]. Los biólogos quieren entender la maquinaria. Este trabajo muestra que algunos de los componentes de la maquinaria de control del ciclo celular puede ser rápidamente alterados", añade.
Phadnis y sus colegas tuvieron que superar varios obstáculos técnicos para identificar gfzf como el gen de la especiación y especulan que el uso de técnicas similares podría mostrar "que este tipo de proceso puede llegar a ser importante en muchas otras especies".
El nuevo estudio incluyó dos especies estrechamente relacionadas de moscas de la fruta que se encuentran en todo el mundo: 'Drosophila melanogaster' y 'Drosophila simulans'. Phadnis señala ambas especies de moscas de la fruta existen desde alrededor de un par de millones de años y que el nuevo estudio "resuelve con éxito uno de los casos más célebres de la genética de especiación", es decir, por qué no es viable la descendencia híbrida de las dos especies.
Los genetistas han buscado genes de inviabilidad híbrida de la mosca de la fruta desde 1910, cuando por primera vez observaron que híbridos de las dos especies morían, dice Phadnis. Durante la última década, otros científicos identificaron e implicaron dos genes que juegan un papel en la existencia de crías muertas o infértiles cuando las dos especies de moscas de la fruta se aparean: un gen de 'D. Simulans' llamado Lhr y un gen de 'D. Melanogaster' llamado Hmr.
Si cualquiera gen está ausente, los machos híbridos sobreviven, pero la evidencia indicó la existencia de un tercer gen desconocido que también se requiere para generar híbridos muertos o estériles. Phadnis dice que nuevas especies evolucionan cuando dos poblaciones de una especie se separan --por lo general geográficamente-- y luego "algo cambia en su genoma de forma que cuando se emplearon previamente para que fueran compatibles, entones sus híbridos eran disfuncionales".
Según este experto, es muy difícil identificar genes de inviabilidad híbrida. La genética implica generalmente la reproducción para identificar los genes responsables de una función o un mal funcionamiento particular, pero si los híbridos mueren o son infértiles, no es posible.
Además, las herramientas de investigación genética fueron diseñadas para 'D. Melanogaster', las moscas de la fruta que se utilizan en experimentos de genética, no para 'D. Simulans', que la investigación anterior indicó que lleva el gen recientemente identificado. Por último, no se produce una mutación de origen natural del gen de la inviabilidad híbrida recientemente identificado para aislar e identificar en la población de moscas naturales.
Por lo que, los investigadores se dieron cuenta de "una forma de eludir las barreras tradicionales" invirtiendo incompatibilidades híbridas entre las dos especies de moscas de la fruta y usando la secuenciación de próxima generación de sus modelos genéticos, relata Phadnis.
Phadnis y sus colegas alimentaron 55.000 moscas de la fruta macho 'D. Simulans' con una sustancia química que provoca mutación, aparearon machos 'D. Simulans' mutantes con hembras 'D. Melanogaster' normales y luego determinaron qué genes mutados permitieron a algunos híbridos masculinos vivir. Todos los machos híbridos normalmente mueren durante la transición de larva a pupa, por lo que nunca se convierten en moscas adultas.
La descendencia resultante incluyó 300.000 hembras híbridas --que eran estériles pero vivían-- y sólo 32 híbridos masculinos vivos, también estériles. Sólo seis de los híbridos varones vivos estaban vivos debido a una mutación que desactiva el gen de inviabilidad híbrida entonces no identificado, por lo que no se analizaron los otros 26.
Luego, los expertos secuenciaron los genomas o planos genéticos de esos seis machos moscas de la fruta híbridos y de las dos cepas de moscas de la fruta de los padres. Entonces, compararon parte de los genomas 'D. Simulans' de los seis machos híbridos vivos con los genomas de la cepa de moscas no mutantes de 'D. Simulans' de los padres, lo que permitió a Phadnis y sus colegas identificar todas las nuevas mutaciones en cada uno de los seis machos híbridos vivos.
En lo que Phadnis llama "un resultado sorprendentemente limpio", los autores encontraron que un solo gen de la mosca de la fruta 'D. Simulans' era mutante en los seis machos híbridos vivos: un gen en el tercer cromosoma llamado gfzf. Por lo tanto, el gen gfzf de 'D. Simulans' es el gen de inviabilidad híbrida que normalmente ayuda a matar a los machos híbridos, pero les permite vivir cuando es silenciado por una mutación.
Los investigadores aún no saben la función normal del gen gfzf a nivel molecular, pero Phadnis planea estudiarlo en próximos pasos de su trabajo, así como evaluar si hay más genes implicados en la inviabilidad de la descendencia cuando las dos especies de moscas de la fruta se aparean.
