Ir al contenido principal

Entendiendo la producción de carotenoides en áfidos

Los carotenoides cumplen una serie de roles ecológicos y metabólicos en los organismos. Los genes que codifican las enzimas necesarias para su biosíntesis se encuentran ampliamente distribuidas en las Bacterias, Arqueas, Hongos y Plantas. Los animales requieren de carotenoides porque cumplen importantes funciones: son antioxidantes, moduladores del sistema inmune y precursores de pigmentos visuales. Sin embargo, no se conoce ningún animal que tenga la capacidad de producirlo por sí mismo así que lo obtienen directamente de sus alimentos.

Entomólogos habían observado un extraño patrón de color en una especie de áfidos, Acyrthosiphon pisum. Habían individuos que eran de color rojo y otros de color verde. Los áfidos rojos eran preferentemente comidos por las mariquitas mientras que las verdes eran usados por una avispa para depositar sus huevos. Pero, ¿por qué eran de diferentes colores?. Se ve claramente que el color tiene una importancia ecológica, en la relación depredador-presa y parásito-huésped. Los áfidos verdes tienen α-, β- y γ-carotenos (compuestos amarillos y naranjas) mientras que los áfidos rojos tienen licopenos y torulenos (compuestos rojos) además de los α-, β-. y γ-carotenos.

image

Pero si los animales carecen de enzimas necesarias para la biosíntesis de los carotenos, ¿de donde salen?. Una primera explicación fue que los áfidos obtenían los carotenos de las plantas que comen —tal como lo hacen todos animales— sin embargo al estudiar la composición y concentración de carotenos de sus alimentos descartaron esta hipótesis. Sus alimentos no les daban la enorme cantidad de carotenos necesarios para teñir su cuerpo. Una segunda explicación fue que sus bacterias endosimbiontes que viven dentro de sus organismos son los que sintetizan los carotenos y los liberan al cuerpo del áfido. Así que estudiaron el genoma de su endosimbionte estricta (Buchnera aphidicola) y de sus dos endosimibiontes facultativas (Hamiltonella defensa y Regiella insecticola) y en ninguno de ellos se encontraron genes relacionados con la biosíntesis de los carotenos, entonces ¿de donde salen?.

También identificaron otra especie de áfidos, Myzus persicae, que tenía el mismo patrón de colores de A. pisum. Al hacer cruces entre rojos y verdes observaron que los áfidos hijos expresaban el color en una distribución mendeliana. Así que concluyeron que son los mismos áfidos los que sintetizan sus propios carotenoides. Si es cierta esta hipótesis, en su genoma deben haber genes relacionados con la biosíntesis de carotenos. Al hacer un estudio del genoma del áfido encontraron siete genes que estaban relacionados con la producción de carotenos (cuatro codificaban para carotenoide desaturasas y tres carotenoides ciclasa y sintasa fusionados). Pero, ¿de donde venían estos genes?

Para determinar de donde venían estos genes hicieron un estudio filogenético de las secuencias y encontraron una alta similaridad con los genes de ciertos hongos. Aunque ciertas plantas y bacterias también presentaban cierta homología con los genes del áfido, sólo en los hongos se encontró a los caroteniodes ciclasa y sintasa fusionados. Tanto M. persicae como A. pisum tienen los mismos genes para la biosíntesis de carotenoides, esto quiere decir que la transferencia horizontal de genes entre el hongo y el áfido se dio en el último ancestro común de estas dos especies. Los genes fueron transferidos —por mecanismos aún desconocidos— del hongo al áfido. No se sabe si el hongo que le transfirió sus genes fue un parásito o un simbionte.

carotenoid[Click para agrandar]

Cuando se hizo el estudio genético, los áfidos verdes no tenían una región de 30kb. Esta región contiene a los genes responsables del color rojo de los otros áfidos. Sin embargo, hay un tercer color, producto de un mutante natural del áfido rojo, el cual tiene sólo un nucleótido diferente. Este cambio de nucleótido provoca que uno de los aminoácidos del sitio activo de una de las desaturasas sea reemplazado por otro, inactivando a la enzima y volviendo al áfido amarillo.

Esta transferencia horizontal de genes ha contribuido enormemente a las relaciones interespecíficas entre el áfido y sus parásitos y depredadores. Posiblemente la transferencia se dio hace unos 30 a 80 millones de años atrás, momento en que se cree vivió el ancestro común de M. persicae y A. pisum. Este descubrimiento abre el camino a un nuevo enfoque de la dinámica de los procesos evolutivos. Posiblemente, la transferencia horizontal de genes es un proceso más común de lo que se cree y tal vez sea uno de los principales motores de la evolución.

Referencia:

ResearchBlogging.orgMoran, N., & Jarvik, T. (2010). Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids Science, 328 (5978), 624-627 DOI: 10.1126/science.1187113

Comentarios

Entradas más populares de este blog

La manifestación poco conocida de la tenia solitaria

En las profundidades del intestino delgado puede habitar un extraño huésped. Parece un fetuchini tan largo como una anaconda, pero dividido en decenas de pequeños segmentos llamados proglótides. Vive anclado a la pared intestinal por unos espeluznantes ganchos y ventosas que tiene en la cabeza (si así se le puede llamar a eso). No tiene boca porque se alimenta a través de la piel. Es la famosa tenia solitaria . Escólex de Taenia solium con cuatro ventosas y rostelo con ganchos. Fuente: CDC. Le llaman solitaria porque no necesita de una compañera (o compañero) para poder formar una familia. Son hermafroditas. Cada proglótido maduro tiene su propio suministro de óvulos y esperma, capaces de producir unos 60 000 huevos muy resistentes que son liberados a través de nuestras heces . Al menos seis segmentos llenos de huevos son liberados cada día por una persona infectada. Cuando los cerdos comen alimentos contaminados con heces humanas, común en algunas zonas de la sierra y selva del paí

¿Por qué tanto miedo al bromuro de etidio?

El bromuro de etidio (BrEt) es un agente químico muy usado en técnicas de biología molecular para teñir nuestros geles de agarosa y poder apreciar nuestras bandas de ADN; ya sean de los productos de extracción o de PCR. Existen dos formas de teñir los geles: i) remojando el gel de agarosa por 15 minutos en una bandeja con BrEt (0,5 mg/L) después de haber hecho la electroforesis o ii) añadiendo el BrEt directamente al gel al momento de prepararlo. Con la primera evitamos contaminar nuestra cámara de electroforesis con BrEt y con la segunda evitamos exponernos a salpicaduras y otros accidentes que pueden ocurrir al hacer la tinción en bandeja. Se han dado cuenta que desde que entramos a un laboratorio de biología molecular nos tienen traumados con el BrEt: "¡Cuidado que te salpique!", "¡no lo huelas!", "¡usa tres guantes!", "¡no es por ese lado!", "¡si te cae en la piel te va a dar cáncer y te puedes morir!", entre otras cosas más.

¿Qué fue del estudio más grande sobre la seguridad de los transgénicos?

La tarde del 11 de noviembre de 2014, en un hotel londinense, se anuncia el lanzamiento de " Factor GMO ", el experimento a largo plazo más extenso y detallado jamás realizado sobre un alimento transgénico y su plaguicida asociado. Con un costo estimado de 25 millones de dólares , el estudio buscaba aportar —con una solidez sin precedentes— valiosa información para permitir a las autoridades reguladoras, los gobiernos y la población general, responder si es seguro el consumo de Organismos Genéticamente Modificados (OGM) o la exposición a su herbicida asociado en condiciones reales. El experimento —que se llevaría a cabo en un laboratorio secreto en el territorio ruso para evitar cualquier injerencia externa— consistía en someter a 6.000 ratas de laboratorio a diversas dietas basadas en el maíz transgénico NK603 y su herbicida asociado (RoundUp), cuyo principio activo es el glifosato . Es similar al famoso  estudio realizado Guilles-Eric Seralini , pero a mayor esc