La conservación de elementos reguladores del genoma durante extensos periodos de la evolución no solo está presente en los vertebrados como se pensaba hasta ahora, sino también en los equinodermos (invertebrados). Esta es una de las conclusiones más destacadas de un estudio publicado en la revista Nature Ecology and Evolution, que amplía los conocimientos sobre los mecanismos que rigen la regulación genómica y la evolución biológica.

Los autores principales del estudio son Marta S. Magri, Danila Voronov y Saoirse Foley, en un trabajo que ha sido liderado por los laboratorios de Ignacio Maeso, de la Facultad de Biología y el Instituto de Investigación de la Biodiversidad de la Universidad de Barcelona; Maria Ina Arnone, de la Estación Zoológica Anton Dohrn (Italia), José Luis Gómez-Skarmeta, del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD-CSIC-UPO), y Veronica F. Hinman, de la Universidad de Florida (Estados Unidos).

La investigación perfila un nuevo escenario para comprender cómo la regulación del genoma y la organización de la cromatina influyen en la evolución de los planes corporales animales.
«Nuestro estudio abre nuevas vías para poder entender cuál puede ser el significado biológico y evolutivo de esta conservación tan extrema, ya que por primera vez podemos comparar este tipo de elementos reguladores muy antiguos entre distintos linajes, un avance científico que nos permitirá entender qué propiedades comparten», detalla Ignacio Maeso, profesor del Departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB.

Regulación génica y novedades evolutivas en los vertebrados

Los equinodermos son un amplio grupo de invertebrados que incluye erizos de mar, estrellas de mar, pepinos de mar, ofiuroideos y lirios de mar. Son el filo más cercano a los cordados —el grupo al que pertenecen los vertebrados— y tienen una posición filogenética única que permite comparaciones evolutivas significativas entre vertebrados e invertebrados.

Por ejemplo, las larvas de equinodermos muestran simetría bilateral, mientras que sus formas adultas tienen simetría pentarradial, es decir, sus partes del cuerpo están dispuestas en cinco (o múltiplos de cinco) secciones alrededor de un eje central. La morfología animal depende del control espaciotemporal de la expresión génica —dónde, cuándo y qué genes se activan en el cuerpo— que determina los planes corporales en embriones y adultos. Ahora bien, ¿cómo se regulan el genoma y los genes de cada especie? ¿Cómo se controla el plegamiento de la cromatina, un elemento esencial en la regulación de los genes?

En esta investigación, el erizo de mar (Strongylocentrotus purpuratus) y la estrella de mar (Patiria miniata) han sido modelos de estudio para descifrar las incógnitas en la evolución de los equinodermos. Para ello, el equipo ha aplicado técnicas de vanguardia para analizar la organización genómica 3D —por ejemplo, la metodología HiC y el ATAC-seq— poco utilizadas hasta ahora en equinodermos.

Los resultados revelan una alta conservación de elementos reguladores del ADN en equinodermos y otros grupos animales. Estos elementos altamente conservados son más activos durante etapas clave del desarrollo temprano, lo que sugiere que controlan programas fundamentales del desarrollo que se han mantenido inalterados a lo largo de la evolución animal.

«Es impresionante observar cómo, pese a las enormes distancias evolutivas, se han conservado genes relevantes para el desarrollo como FoxA y Tbx2/3, y quizás aún más impresionante que lo hayan hecho sus regiones reguladoras. Esto hace aún más fascinante el estudio de la regulación génica y su evolución, y demuestra cómo los equinodermos son piezas indispensables para responder a estas preguntas», explica Maria Ina Arnone, de la Estación Zoológica Anton Dohrn (Italia).

«Este tipo de conservación tan profunda puede ser un fenómeno mucho más común de lo que creíamos hasta ahora y probablemente esté presente en muchos más linajes animales», apunta Ignacio Maeso.

Además, el estudio revela que la proteína CTCF —un factor esencial en el plegamiento de la cromatina en vertebrados— no tendría un papel crucial en la organización de la estructura 3D de la cromatina en equinodermos, de manera similar a lo que se había descrito en otros invertebrados como la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster).

«Este descubrimiento sugiere que algunos de estos mecanismos relacionados con la función de CTFC en la regulación génica podrían ser novedades evolutivas de los vertebrados. Además, nuestro trabajo se suma a otros estudios recientes que muestran cómo los mecanismos responsables de la organización 3D de la cromatina son más diversos de lo que se pensaba y que cada linaje animal ha evolucionado con distintos tipos de estrategia para plegar su genoma», concluye el investigador.

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