La conservació d’elements reguladors del genoma durant extensos períodes de l’evolució no només està present en els vertebrats, com es pensava fins ara, sinó també en els equinoderms (invertebrats). Aquesta és una de les conclusions més destacades d’un estudi publicat a la revista Nature Ecology and Evolution, que amplia coneixements sobre els mecanismes que regeixen la regulació genòmica i l’evolució biològica.

Els principals autors de l’estudi són Marta S. Magri, Danila Voronov i Saoirse Foley, en un treball que ha estat liderat pels laboratoris d’Ignacio Maeso, de la Facultat de Biologia i l’Institut de Recerca de la Biodiversitat de la Universitat de Barcelona; Maria Ina Arnone, de l’Estació Zoològica Anton Dohrn (Itàlia), José Luis Gómez-Skarmeta, del Centre Andalús de Biologia del Desenvolupament (CABD-CSIC-UPO), i Veronica F. Hinman, de la Universitat de Florida (Estats Units).

La investigació perfila un nou escenari per entendre com la regulació del genoma i l’organització de la cromatina influeixen en l’evolució dels plans corporals animals. «El nostre estudi obre noves vies per poder entendre quin pot ser el significat biològic i evolutiu d’aquesta conservació tan extrema, ja que per primera vegada podem comparar aquest tipus d’elements reguladors molt antics entre diferents llinatges, un avenç científic que ens permetrà entendre quines propietats comparteixen», detalla Ignacio Maeso, professor del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB.

Regulació gènica i novetats evolutives en els vertebrats

Els equinoderms són un ampli grup d’invertebrats que inclou eriçons de mar, estrelles de mar, cogombres de mar, ofiuroïdeus i lliris de mar. Són el grup més proper als cordats —el grup al qual pertanyen els vertebrats— i tenen una posició filogenètica única que permet comparacions evolutives significatives entre vertebrats i invertebrats.

Per exemple, les larves d’equinoderms mostren simetria bilateral, mentre que les formes adultes tenen simetria pentaradial, és a dir, tenen les parts del cos disposades en cinc (o múltiples de cinc) seccions al voltant d’un eix central. La morfologia animal depèn del control espaciotemporal de l’expressió gènica —on, quan i quins gens s’activen al cos— que determina els plans corporals en embrions i adults. Ara bé, com es regulen el genoma i els gens de cada espècie? Com es controla el plegament de la cromatina, un element essencial en la regulació dels gens?

En aquesta investigació, l’eriçó de mar (Strongylocentrotus purpuratus) i l’estrella de mar (Patiria miniata) han estat models d’estudi per desxifrar les incògnites en l’evolució dels equinoderms. Per fer-ho, l’equip ha aplicat tècniques d’avantguarda per analitzar l’organització genòmica 3D —per exemple, la metodologia HiC i l’ATAC-seq— poc utilitzades fins ara en equinoderms.

Els resultats revelen una alta conservació d’elements reguladors de l’ADN en equinoderms i altres grups animals. Aquests elements altament conservats són més actius durant etapes clau del desenvolupament primerenc, cosa que suggereix que controlen programes fonamentals del desenvolupament que s’han mantingut inalterats al llarg de l’evolució animal.

«És impressionant observar com, malgrat distàncies evolutives enormes, s’han conservat gens rellevants per al desenvolupament com ara FoxA i Tbx2/3, i potser encara més impressionant és que se n’hagin conservat les regions reguladores. Això fa encara més fascinant l’estudi de la regulació gènica i la seva evolució, i demostra que els equinoderms són peces indispensables per respondre a aquestes preguntes», explica Maria Ina Arnone, de l’Estació Zoològica Anton Dohrn (Itàlia).

«Aquest tipus de conservació tan profunda pot ser un fenomen molt més comú del que pensàvem fins ara i probablement està present en molts més llinatges animals», apunta Ignacio Maeso.

A més, l’estudi revela que la proteïna CTCF —un factor essencial en el plegament de la cromatina en vertebrats— no té un paper crucial en l’organització de l’estructura 3D de la cromatina en equinoderms, de manera semblant al que s’havia descrit en altres invertebrats com la mosca de la fruita (Drosophila melanogaster).

«El descobriment suggereix que alguns d’aquests mecanismes relacionats amb la funció de CTFC en la regulació gènica podrien ser novetats evolutives dels vertebrats. A més, la nostra feina s’afegeix a altres estudis recents que mostren com els mecanismes responsables de l’organització 3D de la cromatina són més diversos del que es pensava i que cada llinatge animal ha evolucionat cap a diferents tipus d’estratègia per plegar el genoma», conclou l’investigador.

Més informació