Un equipo del Instituto de Biología Evolutiva (IBE), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), logró explicar por qué las cucarachas conservaron un error genético durante 350 millones de años. El trabajo explica que la función de una duplicación génica hizo más competitivos a algunos insectos. El trabajo podría, además, arrojar luz sobre los mecanismos de innovación evolutiva en diversos grupos de animales.
Indica el trabajo publicado por SINC que “hace 400 millones de años los primeros insectos poblaban la Tierra. Sus descendientes colonizaron el planeta bajo diferentes formas y tamaños, y dieron lugar a millones de especies distintas”.
Detalla que esa diversidad es fruto de los cambios que se dieron en el genoma de los insectos, y que les permitieron adaptarse a nuevos entornos a lo largo del tiempo. Muchos de estos cambios genéticos, conocidos como mutaciones, tuvieron lugar mediante la duplicación. Explica que “se trata de un error en la replicación del ADN responsable de muchas innovaciones evolutivas del reino animal, como el vuelo de los insectos”.
El gen receptor de la insulina InR (Insulin Receptor) también es un ejemplo de duplicación génica. “La vía del receptor de insulina (InR) es una vía de señalización celular que regula procesos clave como el crecimiento y la proliferación celular, la longevidad, los niveles de azúcar y la reproducción”, explica David Pujal, estudiante de doctorado en el IBE y co-primer autor del estudio.
En la actualidad, todos los insectos alados tienen dos copias del gen InR debido a una duplicación que ocurrió hace aproximadamente 400 millones de años. Además, estudios recientes han revelado que hubo una segunda duplicación de este gen en el ancestro común de las cucarachas, las termitas, las mantis y los insectos palo, hace unos 350 millones de años. Sin embargo, se desconocía por qué este error se ha conservado en los insectos hasta nuestros días.
Ahora, este estudio, revela que las dos copias más recientes del gen InR podrían reforzar la función del receptor de insulina ancestral, esencial para la supervivencia de las cucarachas y otros grupos cercanos. El equipo apunta que este error pudo suponer una ventaja evolutiva para los insectos.
Las duplicaciones génicas se producen con frecuencia y pueden afectar desde unas pocas bases de ADN hasta la duplicación de un genoma entero. Se trata de errores producidos al azar que, según su efecto en el individuo, se eliminarán o persistirán en el genoma de la especie a través de las generaciones.
“Las mutaciones ocurren constantemente y de forma aleatoria en el genoma. Cuando lo hacen en un gen de vital importancia, a menudo el individuo no sobrevive y no se heredarán. Pero si la mutación produce un beneficio en el individuo de forma que pueda tener más descendencia comparado con otros especímenes de su especie, la mutación, heredada por los descendientes, acabará probablemente fijándose”, explica José Luis Maestro, líder del estudio e investigador principal del grupo Señales Nutricionales en Insectos del IBE.
Generalmente, las mutaciones que se acumulan en un gen duplicado desdibujan su función original progresivamente hasta dejarlo inservible. Sin embargo, en ocasiones estos cambios proporcionan una ventaja evolutiva al individuo. El gen podría desarrollar una nueva función (neo-funcionalización), o bien reforzar una función vital para la supervivencia (sub-funcionalización). De esta forma, la evolución hace del error virtud: a partir de la duplicación de un gen, aparece una oportunidad de cambio, e incluso de mejora.
Bajo esta premisa, el equipo del IBE quiso determinar por qué las cucarachas y sus parientes más cercanos han conservado tres copias de un mismo gen durante más de 350 millones de años. Para ello, llevaron a cabo estudios funcionales en la reproducción de la cucaracha Blattella germanica. A través de su análisis, no encontraron signos de neo-funcionalización en ninguno de los casos. Sin embargo, el rol vital de la vía de insulina encerraba la respuesta.
“El receptor de insulina tiene una función esencial en los animales. Por eso creemos que tener una copia extra de este gen pudo reforzar su función y fue clave para la permanencia de las nuevas copias”, apunta Maestro. “La redundancia de genes que realizan las mismas funciones puede conferir estabilidad en procesos críticos”, agrega Rosa Fernández, investigadora principal del Metazoa Phylogenomics Lab en el IBE que ha participado en el estudio.