7/21/2019 El Estudio de Las Levaduras

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El estudio de las levaduras permiteconocer la evolucin de los genomas

Investigadores del Centro de Regulacin Genmica proponen una nueva teora que

explicara el origen de la duplicacin del genoma al inicio del linaje del levaduras. Las

levaduras son un tipo de hongos unicelulares que se originaron hace ms de 100 millones

de aos. Estos organismos tienen la capacidad de fermentar hidratos de carbono, una

caracterstica que los ha dado a conocer por su extenso uso en la fermentacin de

bebidas y alimentos. Asimismo, es uno de los organismos modelo ms empleados en

investigacin. Por ejemplo, la levaduraSaccharomyces cerevisae fue el primer organismo

eucariota en ser secuenciado y es un modelo clave para el estudio de la biologa

molecular y celular.

La secuenciacin del genoma de la levadura se llev a cabo en los aos 90 y ya entonces

los investigadores observaron que el genoma de la levadura comprenda ms de 50

fragmentos repetidos. Desde entonces, la comunidad cientfica ha aceptado que el

genoma de la levadura haba sufrido una duplicacin entera, un fenmeno que no es

aislado y que tambin encontramos en otras especies. Por ejemplo, sabemos que en el

origen de los vertebrados tambin hubo una duplicacin del genoma entero, que los

humanos hemos tenido a lo largo de la evolucin hasta dos duplicaciones enteras de

genoma y que es un fenmeno muy comn en especies vegetales, sobre todo si son

plantas cultivadas.

La cientfica Marina Marcet-Houben y el jefe de grupo del CRG y profesor de investigacin

ICREA Toni Gabaldn han estudiado el origen de la duplicacin del genoma entero en las

levaduras para elucidar un fenmeno que podra haber sido clave de cara a la evolucin

de las especies y su adaptacin. Sus resultados se publican hoy en la revista PLOS

Biology y sorprendentemente demuestran que en realidad la aparicin de genes

duplicados no fue causada por una simple duplicacin del genoma entero sino que fue

fruto de la hibridacin entre dos especies diferentes. Su propuesta contradice la teora

ms establecida entre la comunidad cientfica hasta la fecha de hoy y, por tanto, ofrece

nuevos puntos de vista a un proceso clave para comprender la evolucin de los genomas

y de las especies.

Los cientficos pensaban que la levadura haba sufrido una duplicacin del genoma, al

igual que los vertebrados y algunas especies de vegetales

Al principio, cuando vimos los resultados de nuestro estudio pensbamos que haba

algn error. Sinceramente, cuando los resultados no son como esperas y contradicen lo

que est establecido, lo primero que haces es creer que hay algn tipo de problema que

est afectando a los resultados. Una vez descartados todos los problemas en los que

puedes pensar, hay que interpretar los datos objetivamente, sin ideas preestablecidas y

hacer un ejercicio cientfico de verdad. Entonces empezamos a pensar en las diferentes

posibilidades que se nos presentaban y trabajamos en una nueva idea, explica el

investigador principal del estudio y jefe del grupo de Genmica Comparativa Toni

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Gabaldn

Es uno de esos momentos mgicos de la investigacin en que si tienes la mente muy

abierta, te rindes a la evidencia de los datos y descartas lo que habas considerado un

hecho probado para adoptar un paradigma completamente nuevo, por inverosmil que

ste pueda ser inicialmente. Despus tiras del hilo y ves que el nuevo paradigma da

explicacin a otras observaciones independientes. Cientficamente ha sido un reto y unaexperiencia muy satisfactoria, aade.

Mirando el pasado, para comprender el presente y predecir el futuro

Con la entrada de la genmica en los estudios evolutivos los cientficos han podido

comprobar que el fenmeno de la duplicacin del genoma entero es comn en varias

especies. El hecho de que sea comn nos hace pensar que es uno de los mecanismos

clave en la evolucin y la adaptabilidad de las especies. Evidentemente, duplicar el

genoma hace que tengamos ms genes y que produzcamos ms protenas, lo que

permitira una adaptacin ms grande a la vez que ofrecera un abanico de protenas ms

amplio con nuevas funciones para que los organismos puedan hacer frente a diferentescondiciones.

Ahora bien, de cara a obtener ms variedad y conseguir una mejor adaptacin, que

parece ser mejor, duplicar lo que ya tienes o incorporar algo diferente? Visto as parece

claro que la diversidad aumenta si incorporamos variedad. El problema es que a menudo

las hibridaciones son inviables y los organismos resultantes son estriles e incapaces de

pasar esta nueva informacin gentica a la descendencia.

Por este motivo y por la estructura similar de los genes repetidos, hasta ahora pareca

ms plausible la idea de duplicar el genoma. En cambio, el trabajo de Marcet-Houben y

Gabaldn demuestra que, en el caso de las levaduras, la hibridacin fue lo que caus laduplicacin de algunos genes. Los investigadores han utilizado metodologa

computacional de ltima generacin y han combinado el uso de datos genmicos con una

herramienta diseada por el mismo grupo del Dr. Gabaldn que les ha permitido estudiar

los rboles filogenticos de las familias de levaduras.

Los investigadores combinaron los datos genmicos con una herramienta que les

permiti estudiar los rboles filogenticos de las familias de levaduras

Esta herramienta es capaz de reconstruir duplicaciones de genes y determinar en qu

momento evolutivo sucedieron, sera un equivalente computacional al carbono 14 para

datar fsiles. Sorprendentemente la edad de los genes duplicados pareca ser muchomayor que la que predice la teora de la duplicacin simple del genoma. En lugar de

haberse duplicado en el momento en que las levaduras pasaron a tener el doble de

cromosomas, los datos indicaban que los genes duplicados haban empezado a divergir

mucho antes. Este resultado abri la posibilidad de una hibridacin entre especies. En

este caso, los genes que se juntan son diferentes y, por tanto, su divergencia precede a la

duplicacin de la dotacin cromosmica que tambin resulta de este proceso.

La hiptesis de la hibridacin tiene grandes implicaciones sobre cmo interpretamos el

origen y evolucin de los genomas duplicados. En primer lugar, nos cuenta que no es

necesario invocar cambios masivos y rpidos para originar nuevas funciones a partir delas secuencias duplicadas. La hibridacin combina, desde el primer da, propiedades de

los dos linajes parentales y abre la puerta a nuevas oportunidades ecolgicas y

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evolutivas.

Su propuesta se ve reforzada cuando comprobamos que el nmero de duplicaciones de

genoma es mucho mayor en plantas cultivadas. "Habra que estudiar si las duplicaciones

de genomas en otras especies tambin esconden hibridaciones pero, por ejemplo, en

plantas cultivadas parece claro que estaramos ante una situacin muy similar.

Tradicionalmente el hecho de cultivar una planta y mejorar su produccin pasaba porforzar hibridaciones" comenta Gabaldn.

Mirar el genoma de los eucariotas de hace 100 millones de aos nos acaba de abrir una

nueva puerta hacia el conocimiento del genoma en general y de los mecanismos

evolutivos que existen para ganar diversidad y adquirir nuevas funciones. Este trabajo,

desafiante e innovador tiene grandes implicaciones sobre cmo interpretamos las

consecuencias funcionales y evolutivas de la duplicacin de los genomas. Asimismo, es

una muestra de la importancia de la investigacin bsica para la comprensin de los

genomas, la evolucin y la diversidad.

Referencia bibliogrfica:

Marcet-Houben, M. et Gabaldn, T. Beyond the whole genome duplication: phylogenetic

evidence for an ancient inter-species hybridization in the bakers yeast lineage PLOS

Biology. 7 Agosto 2015.