Biólogos de la Universidad de Indiana han avanzado de manera significativa en la comprensión de rutas genéticas que controlan la apariencia de diferentes rasgos físicos en la misma especie, dependiendo de las condiciones nutricionales experimentadas durante el desarrollo.
El estudio que busca el efecto de la nutrición en nuestros rasgos físicos
En muchos animales, la nutrición — no las diferencias genéticas — controla la apariencia de ciertos rasgos físicos. Las hormigas y las abejas, por ejemplo, crecen para convertirse en obreras o reinas con base en los alimentos que consumen siendo larvas.
Sin embargo, se sabe muy poco sobre los mecanismos genéticos exactos que conectan el destino del desarrollo de un individuo con las condiciones nutricionales. Ahora bien, en experimentos donde se utilizaron escarabajos con cuernos del género Onthophagus, los biólogos de la UI Armin Moczek y su antiguo compañero de investigación postdoctoral Teiya Kijimoto, han establecido de forma precisa las rutas genéticas que controlan estas decisiones.
El trabajo aparece en la publicación Proceedings of the National Academy of Sciences. Kijimoto es el autor líder de la investigación.
Los genes implicados en la determinación de rasgos físicos en la misma especie
“Por primera vez, hemos hallado un conjunto de mecanismos que inhiben o promueven activamente la producción de rasgos específicos en la misma especie durante el desarrollo, con base en condiciones nutricionales precisas,” dijo Moczek, un profesor del Departamento de Biología de la Escuela de Artes y Ciencias de Bloomington de la IU.
Los genes sobre los que se informó en el estudio son parte de la ruta de señalización hedgehog, un sistema de comunicación celular que los biólogos conocen muy bien porque desempeña un rol en la especificación de estructuras de desarrollo frontales y traseras, tales como las patas o alas de un insecto. En los escarabajos con cuernos, Kijimoto y Moczek identificaron que esta ruta inhibía el crecimiento de ciertas estructuras cuando los insectos experimentaban una nutrición pobre durante su desarrollo temprano.
Anteriormente, Moczek condujo una investigación que halló que una ruta de señalización separada, “la ruta de determinación del sexo,” tenía una función complementaria, impulsar el crecimiento, pero solamente bajo condiciones de buena nutrición.
“Si juntas estas dos rutas,” dijo Moczek, “el resultado es la primera explicación integral genética del desarrollo de un umbral de desarrollo dependiente de la nutrición, un fenómeno que los biólogos han estado tratando de explicar desde hace mucho tiempo.”
Los genes específicos en la ruta de señalización hedgehog investigados como parte de este estudio son llamados “hedgehog,” “parchados” y “suavizados.” Juntos, estos genes forman parte de un “sistema repetidor” que transmite información sobre circunstancias externas, tales como la nutrición, al núcleo de la célula donde se toman decisiones sobre la expresión génica.
Los rasgos se pueden determinan por las condiciones ambientales como la nutrición
Los biólogos están interesados en los umbrales de desarrollo, en parte, porque estos le permiten a los mismos organismos producir rasgos muy diferentes en respuesta a condiciones ambientales. En el caso de los escarabajos, esto incluye el desarrollo de machos agresivos con cuernos bajo una nutrición abundante, los cuales deben pelear por el acceso a las parejas y contra los machos “entrometidos” sin cuernos bajo una nutrición pobre, los cuales se aparean furtivamente. La especie específica de escarabajos en el estudio fue la Onthophagus taurus, un tipo de escarabajo de bosta que hace túneles, cuyos machos se convierten en luchadores con cuernos, solamente cuando su nutrición en la etapa de larvas les permite alcanzar un tamaño de más de 5 milímetros al alcanzar la adultez.
Otros ejemplos de alternativas dependientes de la nutrición incluyen las “castas” entre insectos sociales, tales como las abejas obreras y reinas, o las versiones come tierra versus las versiones canibalísticas de muchos renacuajos. Muchos organismos también usan otras señales diferentes a la nutrición para crear umbrales similares, tal como las mariposas de temporada, que tienen una apariencia diferente en primavera y en otoño; las etapas aladas y sin alas de los áfidos; o los pelajes invernales y estivales de los zorros del ártico. Los umbrales subyacentes le permiten a los organismos generar de forma efectiva versiones alternas de ellos mismos, a pesar de estar limitados por un único genoma.
Los umbrales también pueden convertirse en objetivos de procesos evolutivos en sí, y cambiar, o bien ser modificados. De hecho, el efecto ha sido observado en los Onthophagus taurus durante los últimos 50 años. Durante ese tiempo, el umbral del tamaño de los cuernos en los machos ha disminuido en los Estados Unidos debido a una falta de competencia de otros machos. En Australia occidental, en contraste, la competencia entre machos es tan intensa que solamente los machos más grandes tienen éxito como luchadores y el umbral del tamaño es correspondientemente alto.
El futuro es analizar el impacto de la nutrición en diferentes sexos y partes del cuerpo
En adelante, Moczek planea investigar qué tan específicamente las rutas de determinación hedgehog y sexual detectan la nutrición; cómo el mismo umbral nutricional afecta a diferentes sexos o partes del mismo cuerpo de forma diferente; y cómo la rutas se comunican con otras rutas que detectan el tipo de nutrición, tales como la ruta de señalización de la insulina.
“Ahora que hemos comprendido cómo estas rutas se comunican con el mundo exterior, queremos comenzar a escuchar su conversación,” dijo Moczek.
Fecha: 11-MAYO-2016
Fuente: Eurekalert.com
Link: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-05/iu-yaw051116.php
BLOOMINGTON, Ind.
UNIVERSIDAD DE INDIANA
Esta investigación fue auspiciada, en parte, por la Fundación Nacional de Ciencias. Kijimoto está actualmente en la facultad de la universidad de West Virginia.
Nota: Instituto Nutrigenómica no se ha responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
