Pulpo genoma secuenciado

El análisis genético arroja luz sobre la evolución y la biología única de pulpos, incluyendo el desarrollo de los sistemas nerviosos complejos

Universidad de Chicago Medical Center

IMAGEN: Es el primer pulpo a tener su genoma más sequenced.view

Crédito: Judit Pungor

El primer análisis del genoma completo de un pulpo revela las características genómicas únicas que probablemente juegan un papel en la evolución de rasgos tales como los sistemas nerviosos complejos grandes y camuflaje adaptativo. Un equipo internacional de científicos secuenció el genoma de la California pulpo de dos punto – la primera cefalópodo en ser secuenciado en su totalidad – y se asigna perfiles de expresión génica en 12 tejidos diferentes. Los resultados se publican inNatureon 12 Ago de 2015.

Los investigadores descubrieron diferencias sorprendentes de otros invertebrados, incluyendo reordenamientos genómicos generalizadas y una expansión dramática de una familia de genes implicados en el desarrollo neuronal que una vez se pensó que era exclusivo de los vertebrados. Se identificaron cientos de genes-pulpo específica, con muchos altamente expresado en estructuras tales como el cerebro, la piel y los retoños.

Los resultados sirven como una base importante para los estudios evolutivos e investigaciones más profundas sobre los mecanismos genéticos y moleculares que subyacen a los rasgos de cefalópodos-específica. El trabajo se llevó a cabo por equipos de la Universidad de Chicago, Universidad de California, Berkeley y el Instituto de Okinawa de Ciencia y Tecnología como parte del Consorcio de Secuenciación del cefalópodo.

“El pulpo parece ser totalmente diferente de todos los otros animales, incluso de otros moluscos, con sus ocho brazos prensiles, su gran cerebro y sus capacidades de resolución de problemas inteligentes”, dijo el co-autor Clifton Ragsdale, PhD, profesor asociado en los departamentos de Neurobiología y Biología de Organismos y Anatomía de la Universidad de Chicago. “El difunto zoólogo británico Martin Wells dijo que el pulpo es un extranjero. En este sentido, entonces, nuestro trabajo se describe el primer genoma secuenciado a partir de un extranjero “.

Pulpos, junto con los calamares, sepias y nautiluses, son cefalópodos – una clase de moluscos depredadores con una historia evolutiva que abarca más de 500 millones de años (mucho antes de que las plantas se trasladaron a tierra). Que habitan todos los océanos en casi cada profundidad, poseen adaptaciones únicas, tales como brazos prensiles alineados con los lechones quimiosensriales la capacidad de regenerar extremidades complejos, los ojos de vertebrados similar y un sistema de camuflaje sofisticado. Con cerebros grandes, altamente desarrolladas, cefalópodos son los invertebrados más inteligentes y han demostrado comportamientos resolución de problemas y aprendizaje elaborados.

Para el estudio de la genética de estos rasgos especializados, Ragsdale y sus colegas secuenciaron el genoma de los pulpos de dos contado de California (bimaculoides pulpo) a un alto nivel de cobertura (en promedio, cada par de bases fue secuenciado 60 veces). Para anotar el genoma, el equipo genera datos de secuencia transcriptoma – que puede ser utilizado para medir la expresión génica basado en los niveles de ARN – en 12 tipos de tejidos diferentes.

cerebro de corto alcance

El equipo estima Theo. bimaculoidesgenome es de 2,7 millones de pares de bases de tamaño, con numerosos tramos largos de secuencias repetidas. Se identificaron más de 33.000 genes codificadores de proteínas, colocando el genoma pulpo en un poco más pequeño en tamaño, pero con más genes, de un genoma humano.

El gran tamaño del genoma de pulpo se atribuyó inicialmente a eventos duplicación del genoma enteros durante la evolución, lo que puede conducir a un aumento de la diversidad genómica y la complejidad. Este fenómeno se ha producido dos veces en los vertebrados ancestrales, por ejemplo. Sin embargo, Ragsdale y sus colegas encontraron ninguna evidencia de duplicaciones.

En lugar de ello, la evolución del genoma pulpo probablemente fue impulsado por la expansión de algunas familias de genes específicos, extendido aleatoria del genoma y la aparición de nuevos genes.

La expansión más notable fue en los protocadherins, una familia de genes que regulan las interacciones de desarrollo y corto alcance neuronales entre las neuronas. El genoma contiene 168 genes pulpo protocadherin – 10 veces más que otros invertebrados y más de dos veces más que los mamíferos. Antes se pensaba que sólo los vertebrados poseían numerosos y diversos genes protocadherin. El equipo de investigación de la hipótesis de que las neuronas de cefalópodos porque carecen de mielina y no funcionan bien a través de largas distancias, protocadherins fueron fundamentales para la evolución de un sistema nervioso cuya complejidad depende de interacciones de corto alcance.

Otras familias de genes que se han expandido dramáticamente en los pulpos son el zinc factores de transcripción dedo, que se expresan principalmente en tejidos embrionarios y nerviosos y se cree que desempeñan un papel en el desarrollo. El genoma contiene alrededor de 1.800 pulpo C2H2 dedos de zinc factores de transcripción, la segunda más grande de la familia de genes hasta ahora descubierto en animales (genes de receptores olfativos en elefantes son los más grandes en torno a 2.000).

En general, sin embargo, el tamaño de la familia de genes en los pulpos son en gran medida similares a los encontrados en otros invertebrados.

Un genoma “Cuisinart”

Una característica única del genoma pulpo parece ser reordenamientos genómicos generalizadas. En la mayoría de las especies, las cohortes específicas de genes tienden a ser muy juntos en el cromosoma. Sin embargo, la mayoría de los genes de pulpo no muestran este tipo de conexiones. Los genes Hox, por ejemplo, controlar el desarrollo del plan corporal y el grupo juntos en casi todos los animales. genes Hox pulpo se encuentran dispersos por todo el genoma, sin vínculos aparentes.

El genoma del pulpo se enriquece en transposones, también conocido como “genes saltarines”, que pueden reorganizarse en el genoma. Mientras que su papel en los pulpos no está claro, el equipo encontró expresión transposón elevada en los tejidos neuronales. Los transposones se sabe que afectan la regulación de la expresión génica y jugar un papel importante en la conformación de la estructura del genoma.

“Con unas pocas excepciones notables, el pulpo, básicamente, tiene un genoma de invertebrados normal que ha sido completamente reorganizado, como si se hubieran puesto en una licuadora y se mezclan”, dijo Caroline Albertin, co-autor principal y el estudiante graduado en el Departamento de Biología de Organismos y anatomía de la Universidad de Chicago. “Esto lleva a los genes están provistos de un nuevo ambiente genómico caracterizado por diferentes elementos reguladores, y fue un hallazgo totalmente inesperado.”

Los investigadores también encontraron evidencias de las importantes edición de ARN, lo que permite a los pulpos para alterar las secuencias de proteínas sin cambiar el código de ADN subyacente. Muchas proteínas editadas se encuentran en los tejidos neuronales, y se cree que estas proteínas para actuar como un interruptor para regular las funciones tales como la actividad neural.

Se identificaron cientos de genes-pulpo específica, se encontraron un gran número de los que en el sistema nervioso, la retina y los retoños. El equipo observó varias familias de genes específicos de interés. Los retoños, por ejemplo, expresan un conjunto de genes que se asemejan a los receptores para el neurotransmisor acetilcolina. Sin embargo, las proteínas de estos genes codifican para carecen de la capacidad para unirse a la acetilcolina, y se sospecha de funcionar como receptores quimiosensriales implicados en la capacidad de los pulpos a gusto con sus retoños.

Seis pulpo-específicas, Reflectinas genes implicados en la manipulación de la luz y el camuflaje, se identificaron. Reflectinas pulpo son relativamente diferentes a Reflectinas en otros cefalópodos, lo que sugiere que un solo gen estaba presente en un ancestro cefalópodo, que luego se duplica y se desarrolló de forma independiente en diferentes especies. Esto es consistente con las estimaciones del equipo que el pulpo y calamar linajes divergieron hace unos 270 millones de años.

Albertin y Ragsdale están estudiando los mecanismos moleculares y genéticos responsables del desarrollo del pulpo, en particular de su cerebro. Los esfuerzos para secuenciar los genomas de otros cefalópodos están actualmente en curso a través del Consorcio de Secuenciación del cefalópodo.

“El genoma pulpo hace que los estudios de los rasgos de cefalópodos mucho más manejable, y ahora representa un punto importante en el árbol de la vida para los estudios evolutivos comparativos,” dijo Ragsdale. “Es un recurso increíble que abre nuevas preguntas que no se podría haber hecho antes sobre estos extraordinarios animales.”

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