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Un tire y afloje genético origina distintas especies

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Investigadores del HHMI exploran cómo la impresión de genes afecta el desarrollo de distintas especies.

Al cruzar dos especies de ratones que normalmente no se entrecruzan, investigadores del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) han obtenido una mejor comprensión sobre cómo la impresión de genes puede influenciar el establecimiento de especies distintas.

La mayoría de los genes de mamíferos están presentes en dos copias que son expresadas y reguladas. Un pequeño número de genes de mamíferos, sin embargo, está sujeto a una regulación especial que es llamada impresión de genes. La impresión es un proceso por el cual una marca química se une a los genes durante el desarrollo de los óvulos o de los espermatozoides. La impresión marca físicamente a un gen, de una manera tal que el origen parental del gen puede ser distinguido y expresado por consiguiente.

La mayoría de los genes impresos parecen gobernar la regulación fetal del crecimiento, explicó Shirley M. Tilghman, investigadora del HHMI en la Universidad de Princeton. Algunos investigadores especulan que la impresión evolucionó para establecer límites entre las especies. También se piensa que la impresión proporciona una barrera para la reproducción unisexual y para el entrecruzamiento entre especies.

Una hipótesis sobre el origen de la impresión, apoyada por Tilghman y sus colegas, es que la impresión fue creada como resultado de un "tire y afloje" parental. Según la teoría, los padres contribuyen con genes que realzan el crecimiento porque se favorecen sus intereses si su progenie extrae tantos recursos maternales como sea posible para asegurar su supervivencia. Las madres, por otra parte, silencian sus copias de los genes promotores del crecimiento en represalia, porque ellas valoran a toda su progenie de igual manera.

En el artículo de investigación publicado en el número de mayo de 2000, de la revista Nature Genetics, Tilghman y sus colegas en Princeton informaron que la cruza entre dos especies relacionadas de ratón, Peromyscus polionotus Peromyscus maniculatus , da lugar a anormalidades en la impresión de genes y a anormalidades en el crecimiento del híbrido descendiente.

"Elegimos estas particulares especies para explorar el mecanismo de la impresión, porque el Dr. Wally Dawson en la Universidad de Carolina del Sur demostró hace 35 años que el crecimiento anormal que se observa en los ratones híbridos depende de la "dirección" de las cruzas entre las dos especies", dijo Tilghman. "Esto nos sugirió que los híbridos podían tener defectos en la impresión, y nuestra idea originaria era que una de las especies no estaba imprimiendo normalmente. Sin embargo, demostramos que éste no era el caso; ambas especies imprimen correctamente. Es cuando se hibridizan que la impresión se realiza incorrectamente".

Se piensa que las interrupciones en el crecimiento pueden contribuir al proceso de especiación -proceso por el cual una especie da lugar a dos otras- porque pueden reflejar una rápida evolución divergente entre las especies, que impide el entrecruzamiento viable. Esta divergencia puede ser "epigenética", que implica que elementos de control fácilmente cambiables puedan alteran la expresión de genes, pero sin afectar su secuencia de ADN.

Una teoría epigenética de especiación es atractiva para algunos investigadores porque la acumulación gradual de mutaciones genéticas, que es necesaria para producir distintas especies, es considerada por algunos demasiado lenta para explicar la rápida aparición de distintas especies.

Al llevar a cabo una serie compleja de "retrocruzas" entre los híbridos resultantes de las cruzas entre las dos especies de Peromyscus y uno de los padres, Tilghman y sus colegas intentaron determinar si la interrupción de la impresión afecta a la supervivencia del descendiente.

Un análisis de los animales que resultaron de tales retrocruzas reveló que la inviabilidad de los híbridos era debida en parte a dos genes, uno en el cromosoma X de la especie polionotus que se expresa sólo cuando se hereda de la madre, y el otro en un cromosoma autosómico de la especie maniculatus que se expresa sólo cuando se hereda del padre. Los científicos localizaron estos genes en dos regiones específicas, o loci, de los cromosomas de ratón y encontraron evidencias de que los dos loci interactuaban directamente para crear la incompatibilidad genética que se reflejada en el crecimiento anormal de los ratones híbridos.

Las cruzas experimentales de los científicos también revelaron que la severidad del crecimiento anormal y excesivo, se correlacionaba directamente con la interrupción de la impresión normal de varios genes presentes en los animales.

"En otras palabras, cuanto mayor era el crecimiento de los embriones, mayor era la interrupción de la impresión", dijo Paul B. Vrana, autor principal del artículo. "Encontramos que los dos fenómenos estaban altamente correlacionados".

Otro punto importante de este artículo, dijo Vrana, es que las señales de impresión difieren entre las especies. "Demostramos que las diferencias en los fenotipos observadas en los híbridos que son afectados por el padre de origen—por ejemplo, animales excesivamente grandes contra los pequeños—realmente tienen algo ver con la impresión.

"Al explicar los mecanismos de especiación, creo que las personas han tendido a ignorar la impresión, o los efectos del padre de origen, simplemente porque hasta hace poco no teníamos buenas explicaciones genéticas para la mayoría de ellos", dijo. "Sin embargo, en la literatura están apareciendo cada vez más explicaciones sobre la impresión, tanto para plantas como para animales. Y éstas muestran que la especiación no sólo puede ser producida por interacciones genéticas incompatibles, sino también por el control epigenético de la expresión génica, como la impresión".

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Princeton University

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