Oikopleura dioica, un pequeño organismo que se encuentra en el plancton marino, es desde hace años un modelo animal en estudios de genética y evolución. Es un animal minúsculo, con un ciclo de vida rápido y corto, muy prolífico, con un genoma totalmente secuenciado y fácil de mantener en el laboratorio. Es un referente en el estudio de la pérdida de genes como motor evolutivo, los análisis genómicos y el desarrollo embrionario de nuestro filo (los cordados). Ahora, un artículo publicado en la revista Genome Research cuestiona el conocimiento que se tenía de esta especie modelo y abre incógnitas sobre la especiación y localización de los genes en el genoma.
El trabajo lo lideran los expertos Cristian Cañestro, de la Sección de Genética en la Facultad de Biología y el Instituto de Investigación de la Biodiversidad (IRBio) de la Universidad de Barcelona, y Charles Plessy, de la Unidad de Genómica y Sistemas Reguladores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japón, junto con la participación de equipos de la Universidad de Osaka, entre otras instituciones.
La torre genómica de Babel
Aunque el genoma de Oikopleura dioica fue completamente secuenciado (Science, 2010), el nuevo estudio revela aspectos desconcertantes de la estructura genómica de la especie. En concreto, el equipo ha analizado el genoma en tres linajes de Oikopleura dioica, del mar interior de Setonaikai y las islas de Okinawa (Japón), el Mediterráneo y el océano Pacífico. Según las conclusiones, las características morfológicas, ecológicas y de comportamiento de los linajes son prácticamente iguales, pero los genomas difieren enormemente en la distribución de los genes en los cromosomas, lo que sugiere que se trata de especies crípticas. Las especies crípticas son poblaciones animales que morfológicamente son muy similares y que pueden haber pasado por ejemplares de una única especie, pero, en realidad, pertenecen a especies diferentes y, por tanto, no son fértiles entre sí.
La comparación de las secuencias genéticas de los tres linajes de especies crípticas permitió deducir que compartían un antepasado común de hace unos veinticinco millones de años. Los linajes genéticos de los organismos analizados en Barcelona y Osaka parecen estar relacionados más estrechamente que el de Okinawa, que divergieron hace unos siete millones de años. Para compararlo, los seres humanos se separaron de los ratones hace unos 75-90 millones de años.
Tal y como explica Cañestro, profesor en la UB en la Sección de Genética, «este estudio desafía el concepto de genoma de referencia para algunas especies, y remarca la necesidad de secuenciar animales de diferentes localizaciones del planeta, ya que, aunque en algunos casos parecen las mismas especies, algunas podrían ser especies crípticas distintas».
Evolución a una velocidad vertiginosa
«Oikopleura está abriendo nuevas vías a la investigación genómica», comenta Plessy, de la Unidad de Genómica y Sistemas Reguladores de la OIST y coautor del trabajo. «Como modelo animal, nos permite estudiar los mecanismos de los cambios del genoma en el laboratorio a medida que suceden a una escala y velocidad muy elevadas, lo que supone una oportunidad enorme».
La tasa de reordenaciones genómicas es una medida cuantificable de la velocidad con la que evolucionan las especies. En el caso de Oikopleura dioica, es más de diez veces mayor que las de otras especies comparables. Como hace notar Michael J. Mansfield (OIST), «Oikopleura es uno de los animales que evoluciona más rápidamente del mundo. Los animales, especialmente los cordados, normalmente no reorganizan sus genomas hasta ese punto, a esa velocidad».
La nueva perspectiva del genoma entre los linajes de Oikopleura dioica nos lleva a una pregunta desconcertante: ¿cómo han podido conservar características tan similares entre sí? «Entramos en este estudio pensando que todas las Oikopleura dioica eran iguales, pero hemos demostrado lo contrario. ¿Con qué frecuencia esto es también cierto para otras especies? ¿Cuánto más es necesario saber para conocer los mecanismos de la codificación del genoma?», destaca Plessy. «Nuestros resultados sugieren que, aunque la organización genómica es importante, especialmente para algo tan complejo como son los seres humanos, no debemos olvidarnos de los genes individuales».
«Hemos utilizado la expresión scrambled genomes (en inglés, que remite a la analogía con unos huevos revueltos), porque es una expresión que realmente refleja el poco grado de conservación del orden de los genes a lo largo del genoma, un hecho inaudito cuando comparamos otras especies tan similares entre sí», apunta Cañestro.
Un equipo líder en biología evolutiva del desarrollo
Hoy en día, el grupo Evo-Devo-Genomics de la UB es uno de los pocos equipos científicos del mundo que estudian la Oikopleura dioica desde la perspectiva de la biología evolutiva del desarrollo (EVO-DEVO). Es también el único grupo en todo el Estado que ha impulsado una infraestructura científica —hay tres más, en Bergen (Noruega) y en Osaka y Okinawa (Japón)— con capacidad de desarrollar y estudiar este nuevo organismo modelo, considerado un referente de proyección internacional.
Alfonso Ferrández, investigador postdoctoral del grupo Evo-Devo-Genomics, remarca como algo increíble «que animales tan parecidos morfológicamente puedan tener genomas tan diferentes». En opinión de los expertos Marc Fabregà y Gaspar Sánchez, doctorandos del grupo Evo-Devo-Genomics, «también es sorprendente que los genes estudiados en el marco del trabajo estuvieran todos en regiones distintas de los genomas en todas las especies crípticas que se han analizado».
Para el equipo, este artículo es la culminación de un largo proceso de cultivo de diferentes linajes de Oikopleura dioica y desarrollo de herramientas bioinformáticas capaces de analizar sus genomas caóticos. «Queremos utilizar Oikopleura para aprender más sobre la naturaleza de los reordenamientos genómicos, cómo afectan a la regulación génica, al tiempo que estudiamos si pueden estar ligados a la elevada tasa de pérdida de genes de estos organismos tan fascinantes», concluyen los expertos.
Imagen: Las conclusiones abren un debate sobre la existencia de especies crípticas que podrían incluir a organismos muy similares en morfología y genoma que hasta ahora se habían clasificado en la misma especie. Crédito: OIST
Artículo de referencia: Plessy, Charles; Mansfield, Michael J.; Bliznina, Aleksandra, et al. «Extreme genome scrambling in marine planktonic Oikopleura dioica cryptic species». Genome Research, abril de 2024. DOI: 10.1101/gr.278295.123
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