Un equipo del Instituto de Biologรญa Evolutiva (IBE), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Cientรญficas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), logrรณ explicar por quรฉ las cucarachas conservaron un error genรฉtico durante 350 millones de aรฑos. El trabajo explica que la funciรณn de una duplicaciรณn gรฉnica hizo mรกs competitivos a algunos insectos. El trabajo podrรญa, ademรกs, arrojar luz sobre los mecanismos de innovaciรณn evolutiva en diversos grupos de animales.
Indica el trabajo publicado por SINC que โhace 400 millones de aรฑos los primeros insectos poblaban la Tierra. Sus descendientes colonizaron el planeta bajo diferentes formas y tamaรฑos, y dieron lugar a millones de especies distintasโ.
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 genรฉticos, conocidos como mutaciones, tuvieron lugar mediante la duplicaciรณn. Explica que โse trata de un error en la replicaciรณn del ADN responsable de muchas innovaciones evolutivas del reino animal, como el vuelo de los insectosโ.
El gen receptor de la insulina InR (Insulin Receptor) tambiรฉn es un ejemplo de duplicaciรณn gรฉnica. โLa vรญa del receptor de insulina (InR) es una vรญa de seรฑalizaciรณn celular que regula procesos clave como el crecimiento y la proliferaciรณn celular, la longevidad, los niveles de azรบcar y la reproducciรณnโ, 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 duplicaciรณn que ocurriรณ hace aproximadamente 400 millones de aรฑos. Ademรกs, estudios recientes han revelado que hubo una segunda duplicaciรณn de este gen en el ancestro comรบn de las cucarachas, las termitas, las mantis y los insectos palo, hace unos 350 millones de aรฑos. Sin embargo, se desconocรญa por quรฉ este error se ha conservado en los insectos hasta nuestros dรญas.
Ahora, este estudio, revela que las dos copias mรกs recientes del gen InR podrรญan reforzar la funciรณn 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 gรฉnicas se producen con frecuencia y pueden afectar desde unas pocas bases de ADN hasta la duplicaciรณn de un genoma entero. Se trata de errores producidos al azar que, segรบn su efecto en el individuo, se eliminarรกn o persistirรกn en el genoma de la especie a travรฉs de las generaciones.
โLas 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 heredarรกn. Pero si la mutaciรณn produce un beneficio en el individuo de forma que pueda tener mรกs descendencia comparado con otros especรญmenes de su especie, la mutaciรณn, heredada por los descendientes, acabarรก probablemente fijรกndoseโ, explica Josรฉ Luis Maestro, lรญder del estudio e investigador principal del grupo Seรฑales Nutricionales en Insectos del IBE.
Generalmente, las mutaciones que se acumulan en un gen duplicado desdibujan su funciรณn original progresivamente hasta dejarlo inservible. Sin embargo, en ocasiones estos cambios proporcionan una ventaja evolutiva al individuo. El gen podrรญa desarrollar una nueva funciรณn (neo-funcionalizaciรณn), o bien reforzar una funciรณn vital para la supervivencia (sub-funcionalizaciรณn). De esta forma, la evoluciรณn hace del error virtud: a partir de la duplicaciรณn de un gen, aparece una oportunidad de cambio, e incluso de mejora.
Bajo esta premisa, el equipo del IBE quiso determinar por quรฉ las cucarachas y sus parientes mรกs cercanos han conservado tres copias de un mismo gen durante mรกs de 350 millones de aรฑos. Para ello, llevaron a cabo estudios funcionales en la reproducciรณn de la cucaracha Blattella germanica. A travรฉs de su anรกlisis, no encontraron signos de neo-funcionalizaciรณn en ninguno de los casos. Sin embargo, el rol vital de la vรญa de insulina encerraba la respuesta.
โEl receptor de insulina tiene una funciรณn esencial en los animales. Por eso creemos que tener una copia extra de este gen pudo reforzar su funciรณn y fue clave para la permanencia de las nuevas copiasโ, apunta Maestro. โLa redundancia de genes que realizan las mismas funciones puede conferir estabilidad en procesos crรญticosโ, agrega Rosa Fernรกndez, investigadora principal del Metazoa Phylogenomics Lab en el IBE que ha participado en el estudio.