L’evolució s’associa tradicionalment a un procés d’increment de la complexitat i guany de nous gens. Ara bé, l’explosió de l’era genòmica mostra que perdre gens és un procés molt més freqüent en l’evolució de les espècies del que es pensava i pot afavorir noves adaptacions biològiques que faciliten la supervivència dels éssers vius. Aquest motor evolutiu, que sembla contraintuïtiu —«menys és més», en termes genètics—, ens revela ara una dimensió sorprenent que respon al nou concepte evolutiu de «menys, però més»; és a dir, el fenomen de les pèrdues massives de gens que van seguides de grans expansions a través de duplicacions gèniques.
Aquesta és una de les conclusions principals d’un article publicat a la revista
Molecular Biology and Evolution, que ha dirigit un equip de la Secció de Genètica de la Facultat de Biologia i l’Institut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la Universitat de Barcelona, en què han participat també equips de l’Institut de Ciència i Tecnologia d’Okinawa (OIST), al Japó. El treball identifica nous patrons evolutius i perfila un nou escenari, marcat per l’enorme potencial de canvi genètic i d’adaptació evolutiva impulsat per les pèrdues i duplicacions gèniques a gran escala en els éssers vius.
Menys, però més: un nou escenari evolutiu
Encara hi ha molts interrogants sobre l’impacte de la pèrdua de gens en la diversificació de les espècies i l’aparició de les innovacions evolutives en l’arbre de la vida al planeta. «La pèrdua de gens és un mecanisme generalitzat en tota l’escala biològica i representa una força impulsora evolutiva que pot generar variabilitat genètica i també adaptacions biològiques, i això s’ha conegut tradicionalment com la hipòtesi “menys és més” (en anglès, “less is more”)», detalla Cristian Cañestro, líder del treball i membre del grup de recerca consolidat d’Evolució i Desenvolupament (Evo-Devo) del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB.
Ara el nou article descriu un nou marc evolutiu que anomenen «menys, però més» («less but more»), que amplia el model anterior pel que fa a la importància de la pèrdua gènica com a motor evolutiu. Aquest treball, que forma part de la tesi doctoral de Gaspar Sánchez-Serna, se centra en l’estudi del genoma de l’espècie
Oikopleura dioica, un organisme nadador del zooplàncton marí que pertany als tunicats —grup germà dels vertebrats— i està lligat filogenèticament a la història evolutiva de l’espècie humana. En aquest model d’estudi —un tunicat de vida lliure o apendiculària—, l’equip va reconstruir la història evolutiva de les famílies dels gens del creixement dels fibroblasts (FGF), que són decisius en el procés de desenvolupament dels organismes.
«Les conclusions apunten que el procés de pèrdua gènica va reduir el nombre de famílies gèniques dels factors de creixement dels FGF de vuit a només dues, que són les famílies Fgf9/16/20 i Fgf11/12/13/14. Aquestes subfamílies supervivents s’han duplicat al llarg de l’evolució fins a generar un total de deu gens en apendiculàries», explica Sánchez-Serna, primer autor de l’article. «En concret, Fgf9/16/20 i Fgf11/12/13/14 podrien representar un conjunt mínim de subfamílies que han conservat funcions secretores i intracel·lulars, respectivament, i ens revelen informació important sobre l’evolució del sistema FGF», continua.
De la vida sèssil a la natació activa
El treball aporta una perspectiva nova sobre l’evolució de les subfamílies dels FGF en el grup dels cordats, amb pèrdues massives i duplicacions de les famílies gèniques de caràcter ancestral i originades a la base del llinatge apendicular, després que se separessin dels ascidis. Tots aquests canvis han contribuït a la divergència morfològica entre diferents espècies de tunicats de vida lliure com
O. dioica.
«El nostre treball proposa una nova hipòtesi sobre com les pèrdues i duplicacions dels gens
FGF poden relacionar-se amb els canvis en el desenvolupament. Parlem d’innovacions evolutives —canvis en la morfologia i el pla corporal, etc.— que van impulsar l’evolució de l’estil de vida sèssil dels ascidis fins a les formes de vida lliures i de natació activa com les apendiculàries», assenyala Sánchez-Serna.
L’estudi també identifica diferències en l’estructura dels gens
FGF d
’O. dioica de diferents llocs del món, i aporta la primera evidència molecular de com aquestes poblacions en ràpida evolució s’estan convertint en espècies críptiques (és a dir, constituïdes per organismes molt similars en morfologia i genoma que fins ara s’havien classificat en la mateixa espècie).
El model evolutiu «menys, però més», conclou Cristian Cañestro, «ens ajuda a entendre com de vegades perdre gens obre noves possibilitats a guanys posteriors i, per tant, les pèrdues són necessàries per afavorir l’origen evolutiu de noves adaptacions».