Un equipo de investigadores del del Instituto de Biología Molecular y Celular de las Plantas (IBMCP), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han descubierto - con la colaboración de la Universitat de València y la Universidad de Dublín - un mecanismo que explica el proceso por el que los genes duplicados se conservan en los genomas y generan nuevas funciones en los individuos. El hallazgo, que resuelve un dilema en el que se llevaba trabajando más de cuatro décadas, ha sido publicado por la revista Genome Research.
La duplicación génica es un fenómeno que conlleva el origen de nuevo material genético. Los genes 'hermanos' que resultan de la duplicación génica pueden sobrevivir durante largos periodos evolutivos, permitiendo que los organismos toleren mutaciones desestabilizadoras.
La robustez mutacional incrementa la tolerancia de los genes duplicados a las mutaciones
Los investigadores del IBMCP han podido identificar y describir un mecanismo, al que han llamado robustez mutacional, que permite incrementar la tolerancia de genes duplicados a las mutaciones. Así, mediante la experimentación con levaduras, han observado que es la robustez mutacional la que permite a las levaduras adaptarse a nuevas condiciones de estrés, de lo que se ha extrapolado que este fenómeno es el responsable de la persistencia de genes duplicados en los genomas.
El investigador del CSIC, Mario Fares, ha explicado que "a pesar de su aparente redundancia, genes duplicados que emergieron hace más de 100 millones de años pueden todavía encontrarse en los genomas de organismos actuales, como las levaduras".
La clave: la simulación, en un breve espacio de tiempo, de la evolución de una especie
"Para poder encontrar el mecanismo responsable de la persistencia de genes duplicados", ha proseguido Fares, "hemos trabajado con la levadura Saccharomyces cerevisiae bajo condiciones que permitían la fijación de mutaciones desestabilizadoras en el genoma, reduciendo así la efectividad de la selección natural. Es como si hubiésemos simulado en el laboratorio, en un breve lapso de tiempo, los procesos que se dan a lo largo de la evolución de una especie".
"Mediante la re-secuenciación de 28 genomas de levaduras 'evolucionadas', encontramos que los genes duplicados son más tolerantes a mutaciones desestabilizadoras que los genes no duplicados. Mediante este sencillo experimento hemos revelado la persistencia de la plasticidad evolutiva de genes que se duplicaron hace más de 100 millones de años. Y su potencial para generar adaptaciones está todavía por explorar", ha afirmado el científico del IBMCP.
La duplicación génica es un fenómeno frecuente en organismos eucariotas (células con núcleo diferenciado, envuelto por una membrana y con citoplasma organizado, así como los organismos constituidos por ellas), que incluyen levaduras, plantas y animales. Entender cómo la evolución genera nuevas funciones es difícil porque los distintos pasos evolutivos no pueden observarse mientras ocurren puesto que acontecen durante millones de años.
"La selección natural es un proceso que mantiene cosas esenciales en la célula y elimina genes del genoma que son redundantes. El mecanismo capaz de resolver el conflicto funcional entre genes hermanos y su aparente inestabilidad evolutiva había sido un misterio durante décadas, pero ahora que hemos reproducido en el laboratorio condiciones parecidas a las de la evolución podremos estudiar otros mecanismos biológicos fundamentales en investigaciones futuras", ha añadido Fares.
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