Oikopleura dioica, un petit organisme que es troba en el plàncton marí, és des de fa anys un model animal en estudis de genètica i evolució. És un animal minúscul, amb un cicle de vida ràpid i curt, molt prolífic, amb un genoma totalment seqüenciat i fàcil de mantenir al laboratori. És un referent en l’estudi de la pèrdua de gens com a motor evolutiu, les anàlisis genòmiques i el desenvolupament embrionari del nostre fílum (els cordats). Ara un article publicat a la revista Genome Research qüestiona el coneixement que es tenia d’aquesta espècie model i obre incògnites sobre l’especiació i la localització dels gens en el genoma.

El treball el lideren els experts Cristian Cañestro, de la Secció de Genètica a la Facultat de Biologia i lʼInstitut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la Universitat de Barcelona (UB), i Charles Plessy, de la Unitat de Genòmica i Sistemes Reguladors de l’Institut de Ciència i Tecnologia d’Okinawa (OIST), al Japó, juntament amb la participació d’equips de la Universitat d’Osaka, entre altres institucions.

La torre genòmica de Babel

Tot i que el genoma d’Oikopleura dioica va ser seqüenciat completament (Science, 2010), el nou estudi revela aspectes desconcertants de l’estructura genòmica de l’espècie. En concret, l’equip ha analitzat el genoma en tres llinatges d’Oikopleura dioica, del mar interior de Seto-naikai i les illes d’Okinawa (Japó), el Mediterrani i l’oceà Pacífic. Segons les conclusions, les característiques morfològiques, ecològiques i de comportament dels llinatges són pràcticament iguals, però els genomes difereixen enormement en la distribució dels gens en els cromosomes, fet que suggereix que es tracta d’espècies críptiques. Les espècies críptiques són poblacions animals que morfològicament són molt similars i que poden haver passat per exemplars d’una única espècie, però, en realitat, pertanyen a espècies diferents i, per tant, no són fèrtils entre si.

La comparació de les seqüències genètiques dels tres llinatges d’espècies críptiques va permetre deduir que compartien un avantpassat comú de fa uns vint-i-cinc milions d’anys. Els llinatges genètics dels organismes analitzats a Barcelona i Osaka semblen estar relacionats més estretament que el d’Okinawa, que van divergir fa uns set milions d’anys. Per comparar-ho, els éssers humans es van separar dels ratolins fa uns 75-90 milions d’anys.

Tal com explica Cañestro, professor a la UB en la Secció de Genètica, «aquest estudi desafia el concepte de genoma de referència per a algunes espècies, i remarca la necessitat de seqüenciar animals de diferents localitzacions del planeta, ja que, malgrat que en alguns casos semblen les mateixes espècies, algunes podrien ser espècies críptiques diferents».

Evolució a una velocitat vertiginosa

«Oikopleura està obrint noves vies a la recerca genòmica», comenta Plessy, de la Unitat de Genòmica i Sistemes Reguladors de l’OIST i coautor del treball. «Com a model animal, ens permet estudiar els mecanismes dels canvis del genoma al laboratori a mesura que succeeixen a una escala i velocitat molt elevades, i això representa una oportunitat enorme».

La taxa de reordenacions genòmiques és una mesura quantificable de la velocitat amb què evolucionen les espècies. En el cas d’Oikopleura dioica, és més de deu vegades més alta que les d’altres espècies comparables. Tal com fa notar Michael J. Mansfield (OIST), «Oikopleura és un dels animals que evoluciona més ràpidament del món. Els animals, especialment els cordats, normalment no reorganitzen els seus genomes fins a aquest punt, a aquesta velocitat».

La nova perspectiva del genoma entre els llinatges d’Oikopleura dioica ens porta a una pregunta desconcertant: com han pogut conservar característiques tan similars entre si? «Vam entrar en aquest estudi pensant que totes les Oikopleura dioica eren iguals, però hem demostrat el contrari. Amb quina freqüència això també és cert per a altres espècies? Quant més cal saber per conèixer els mecanismes de la codificació del genoma?», destaca Plessy. «Els nostres resultats suggereixen que, tot i que l’organització genòmica és important, especialment per a alguna cosa tan complexa com són els éssers humans, no ens hem d’oblidar dels gens individuals».

«Hem fet servir l’expressió scrambled genomes (en anglès, que remet a l’analogia amb uns ous remenats), perquè és una expressió que realment reflecteix el poc grau de conservació de l’ordre dels gens al llarg del genoma, un fet inaudit quan comparem altres espècies tan semblants entre si», apunta Cañestro.

Un equip capdavanter en biologia evolutiva del desenvolupament

Avui en dia, el grup Evo-Devo-Genomics de la UB és un dels pocs equips científics del món que estudien Oikopleura dioica des de la perspectiva de la biologia evolutiva del desenvolupament (EVO-DEVO). És també l’únic grup a tot lʼEstat que ha impulsat una infraestructura científica —nʼhi ha tres més, a Bergen (Noruega) i a Osaka i Okinawa (el Japó)— amb capacitat de desenvolupar i estudiar aquest nou organisme model, considerada un referent de projecció internacional.

Alfonso Ferrández, investigador postdoctoral del grup Evo-Devo-Genomics, remarca com un fet increïble «que animals tan semblants morfològicament puguin tenir genomes tan diferents». En opinió dels experts Marc Fabregà i Gaspar Sánchez, doctorands el grup Evo-Devo-Genomics, «també és sorprenent que els gens estudiats en el marc del treball estiguessin tots en regions diferents dels genomes en totes les espècies críptiques que s’han analitzat».

Per a l’equip, aquest article és la culminació d’un llarg procés de cultiu de diferents llinatges d’Oikopleura dioica i desenvolupament d’eines bioinformàtiques capaces d’analitzar-ne els genomes caòtics. «Volem utilitzar Oikopleura per aprendre més sobre la naturalesa dels reordenaments genòmics, com afecten la regulació gènica, alhora que estudiem si poden estar lligats a l’elevada taxa de pèrdua de gens d’aquests organismes tan fascinants», clouen els experts.