Es más fácil copiar algo que desarrollar algo nuevo. Un principio que se creyó durante mucho tiempo y que se aplica también a la evolución de los genes. De acuerdo con esto, la evolución copia genes existentes y entonces se asignan nuevas tareas a las copias. Sin embargo, los científicos del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva en Plön han revelado ahora que los nuevos genes se forman a partir de cero frecuentemente. Sus análisis en genes de ratones, seres humanos y peces han demostrado que los genes nuevos son más cortos que los antiguos y más simples en estructura. Estas y otras diferencias entre los genes jóvenes y viejos indican que nuevos genes también se pueden formar completamente a partir de regiones del genoma correspondientes a zonas no codificantes anteriormente. Por otra parte, los nuevos genes a menudo utilizan elementos reguladores existentes en otros genes antes de originarse.
Cuando los científicos descifraron los primeros genes, hicieron un descubrimiento sorprendente: variantes similares de muchos genes se encuentran en organismos muy diferentes. Este resultado puede explicarse por el hecho de que la evolución utiliza genes existentes y los adapta para la realización de nuevas tareas. La copia de genes juega aquí un papel importante. Se realizan copias de un gen y se incorporan en el genoma. La evolución puede experimentar con estas copias, mientras que el gen original puede seguir cumpliendo su función en su forma inalterada. Los genes completamente nuevos son muy raros atendiendo a este modelo.
Rafik Neme y Tautz Diethard del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva han refutado esta idea. En base a los primeros indicios de la existencia de genes individuales completamente nuevos, analizaron más de 20.000 genes de ratón y rastrearon sus orígenes. Según sus resultados, los genes que surgieron más tarde en la evolución son a menudo más cortos que los «viejos». Además, los genes más jóvenes tienen menos exones y un menor número de dominios proteicos. Este hallazgo contradice la opinión generalmente aceptada: «Si los nuevos genes son copias de los antiguos, una correlación de este tipo entre la longitud y la edad no se esperaría. Sin embargo, un gen joven necesita tiempo para adquirir los exones e intrones adicionales. Así, los genes se hacen más largos con el tiempo y se componen de varios exones e intrones «, explica Rafik Neme. Análisis de genes pertenecientes a pez cebra, espinoso y de genes humanos han confirmado las correlaciones descubiertas en los ratones.
Los investigadores estudiaron también otra manera mediante la cuál los genes nuevos pueden surgir a partir de genes existentes: a través de un cambio en el marco de lectura. El marco de lectura genético abarca tres letras consecutivas del alfabeto genético. Cada uno de estos tripletes representa un aminoácido que se traduce a partir del código genético. Si este marco de lectura se desplaza, surgen nuevas combinaciones de tripletes y el gen se traduce en aminoácidos completamente diferentes. «Hemos encontrado varios casos en que los genes se sobrescriben debido a un cambio en el marco de lectura,» dice el Doctor Neme. Un ejemplo de esto es el gen Hoxa9, un gen que controla el desarrollo embrionario. En los roedores y primates, este gen se expresa en marcos de lectura distintos.
De acuerdo con las conclusiones de los investigadores del Instituto Max Planck, alrededor del 60 por ciento de los genes provienen de nuestros ancestros unicelulares en la primera fase de la evolución. A partir de ahí se han añadido un gran número de nuevos genes, particularmente durante la llegada de innovaciones evolutivas fundamentales: por ejemplo, en la transición de organismos unicelulares a organismos pluricelulares y en la aparición de los vertebrados. Un número especialmente alto de nuevos genes también se formaron después de la escisión de otros roedores de su ancestro común: el ratón. Curiosamente, los científicos sólo encuentran unos pocos lugares en los cromosomas en que los genes nuevos se acumulan. De hecho, son distribuidos uniformemente a lo largo de todo el genoma. Una de las pocas excepciones es un grupo de genes en el cromosoma 14 que controlan la actividad de las neuronas, entre otras cosas.
Los nuevos genes surgen de la nada en el curso de la evolución con frecuencia. Se forman en «secciones libres de genes» del genoma, entre los genes antiguos. A menudo, esto requiere sólo cambios mínimos. «Por ejemplo, los genes necesitan unos elementos conocidos como promotores que controlan su actividad. Parece que los promotores de los nuevos genes pueden pertenecer a otros genes y utilizarlos para sus propios fines», explica Diethard Tautz, Jefe del Departamento de Genética Evolutiva del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva.
De nuevo se va comprendiendo mejor la genética y los mecanismos que permiten la evolución de las especies. Curiosa la importancia de las zonas no codificantes del genoma ¿verdad?.
Referencias: Neme, R. and Tautz, D. Phylogenetic patterns of emergence of new genes support a model of frequent de novo evolution, BMC Genomics 2013, 14:117. doi:10.1186/1471-2164-14-117
Este post participa en la XXII edición del Carnaval de Biología, que hospeda @CEAmbiental en su blog Consultoría y Educación Ambiental.
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