Oaxaca.-Los vertebrados forman un grupo diverso de especies que han colonizado la casi totalidad de los ecosistemas del planeta. Durante años, la comunidad científica ha debatido los cambios en el genoma que permitieron este éxito evolutivo animal.

Finalmente, un equipo internacional de científicos ha conseguido desvelar los mecanismos que facilitaron esta transición de invertebrados a vertebrados.

El equipo, coliderado por investigadores españoles del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia, ha descrito al detalle en su publicación los procesos que permitieron el desarrollo de especies animales mucho más complejas.

En suma, esta complejidad reside en un conjunto único de sistemas de regulación y funciones de los genes, que permite que estemos formados por cientos de células, tejidos y órganos extremadamente especializados.

“De modo similar a estudios realizados en humanos, nuestro trabajo nos da una visión global de las diferentes capas reguladoras del genoma y describe al detalle, el origen de las características únicas de la regulación genómica de los vertebrados, que dieron lugar a organismos con una morfología mucho más compleja”, señala José Luis Gómez-Skarmeta, uno de los líderes del trabajo del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, centro mixto del CSIC y la Universidad Pablo de Olavide.

Aunque la regulación de los genes responsables de la anatomía básica están muy conservados entre especies, los vertebrados incorporaron más regiones reguladoras que permitieron la adquisición de nuevas funciones.

El análisis, que ha sido publicado en la revista Nature, revela dos diferencias principales que distinguen a los vertebrados del resto de especies.

“En primer lugar, hemos visto que nuestros genes tienen una regulación mucho más compleja. Por otro lado, también contamos con copias de genes que originalmente realizaban funciones generales, pero que en los vertebrados se han especializado en funciones específicas”, explica Manuel Irimia, jefe de grupo en el CRG y uno de los líderes del proyecto.

“En la mayoría de los casos, hay copias de genes que especializan su función en tejidos concretos. Esto es particularmente evidente en el cerebro, donde se han incorporado nuevas funciones que han resultado esenciales para el éxito evolutivo de los vertebrados”, añade Ignacio Maeso, también investigador del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo y uno de los primeros autores del trabajo.

El anfioxo como modelo evolutivo

Las especies escogidas para el estudio han sido los peces cebra y madaka, así como la rana, el pollo, el ratón y el humano. Además, se ha analizado también el genoma del anfioxo, una especie próxima a esta transición, para poder entender el origen de estos mecanismos tan característicos en los vertebrados.

Ejemplar de anfioxo, sobre un fondo de marcas epigenómicas. Crédito: Vincent Moncorgé

“El anfioxo es un organismo que se utiliza como modelo en investigación desde el siglo XIX. Su genoma ha evolucionado muy lentamente y sin las duplicaciones que tienen los vertebrados. Por esta razón el anfioxo sirve como referencia en comparaciones evolutivas para entender el origen de nuestro linaje”, comenta Héctor Escriva, uno de los líderes del trabajo e investigador de Sorbonne Université y CNRS.

El trabajo ha contado con la participación de laboratorios en Francia, Reino Unido, Australia, la República Checa, Holanda, Japón, China, Portugal, Italia, Taiwán, Noruega y Estados Unidos, y representa un recurso sin precedentes para la comunidad científica, que servirá tanto para profundizar en los elementos de genómica funcional conservados entre especies como para estudiar los cambios que han dado lugar a la complejidad de los vertebrados.

Referencia Bibliográfica:

Marletaz et al.“Amphioxus functional genomics and the origins of vertebrate gene regulation”, noviembre de 2018, Nature, DOI: 10.1038/s41586-018-0734-6