Los genomas de los tardígrados revelan secretos de supervivencia extrema

Los tardígrados pueden ser los últimos supervivientes de la naturaleza. Si bien es fácil pasar por alto a estos animales pequeños, casi transparentes, representan un grupo diverso que ha colonizado con éxito ambientes de agua dulce, marinos y terrestres en todos los continentes, incluida la Antártida.

Conocidas como «osos de agua», estas criaturas inusuales pueden estar entre los organismos más resistentes del planeta gracias a su incomparable capacidad para sobrevivir en condiciones extremas, con diversas… Clasificar Siendo resistente a la sequía, altas dosis de radiación, ambientes con poco oxígeno y altas y bajas temperaturas y presiones.

Si bien se ha propuesto que muchos genes contribuyen a esta tolerancia extrema, sigue siendo difícil lograr una comprensión integral de los orígenes y la historia de estas adaptaciones únicas. En un nuevo estudio publicado en Biología y evolución del genoma.científicos del Instituto de Biociencias Avanzadas de la Universidad de Keio universidad de oslo Museo de Historia Natural y Universidad de Bristol Revela una red sorprendentemente compleja de duplicaciones y pérdidas de genes asociadas con la resistencia extrema de los tardígrados, destacando el complejo panorama genético que impulsa la ecología de los tardígrados modernos.

Comprender las familias de genes tardígrados

Como forma de resistencia extrema, los tardígrados pueden sobrevivir a una deshidratación casi completa al entrar en un estado de diapausa llamado anhidrobiosis.cualquier, Vida sin agua), permitiéndoles detener reversiblemente su metabolismo. Anteriormente se había descubierto que múltiples familias de genes específicos de tardígrados estaban asociadas con la ahidrobiosis.

Tres de estas familias de genes se denominan CTe lo ruego, METROmitocondrias y ssecretado aAmplio hÉl come sProteínas solubles (CAHS, MAHS y SAHS, respectivamente) según la ubicación celular en la que se expresan las proteínas. Algunos tardígrados parecen tener una vía diferente que involucra dos familias de proteínas abundantes y solubles en calor que se identificaron por primera vez en los tardígrados. prueba equina Generalmente se les conoce como EtAHS alfa y beta.

Imagen de un tardígrado Ramazotius variornatus, en el medio del linaje CAHS, es la más grande de las seis familias de proteínas asociadas a la sequía analizadas en este estudio. Crédito: Kazuharu Arakawa, Instituto Keio de Biociencias Avanzadas

Los tardígrados también poseen genes de resistencia al estrés que se pueden encontrar en animales más grandes, como el gen de recombinación meiótica 11 (MRE11), que se ha implicado en la tolerancia a la sequía en otros animales. Desafortunadamente, desde la identificación de estas familias de genes, ha habido información limitada disponible sobre la mayoría de los linajes de tardígrados, lo que dificulta sacar conclusiones sobre sus orígenes, historia e implicaciones ecológicas.

Investigación de la evolución de los tardígrados

Para arrojar mejor luz sobre la evolución de la tolerancia extrema de los tardígrados, los autores del nuevo estudio (James Fleming, David Pisani y Kazuharu Arakawa) identificaron secuencias de estas seis familias de genes en 13 géneros de tardígrados, incluidos representantes de cada uno de los principales. linajes tardígrados. Eutardígrados y Heterotardígrados. Su análisis reveló 74 secuencias CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alfa, 18 EtAHS beta y 21 MRE11, lo que les permitió construir las primeras filogenias tardígradas para estas familias de genes.

Dado que la resistencia a la sequía probablemente surgió como una adaptación a los ambientes terrestres, los investigadores plantearon la hipótesis de que encontrarían un vínculo entre la duplicación y pérdida de genes en estas familias de genes y los cambios de hábitat dentro de los tardígrados. «Cuando comenzamos el trabajo, esperábamos encontrar que cada clado estaría claramente agrupado en torno a versiones antiguas, con pocas pérdidas independientes. Esto nos ayudaría a vincularlos fácilmente con la comprensión de los hábitats y la ecología modernos», dice el autor principal del estudio, James Fleming. «Es una hipótesis intuitiva que la evolución de la transcripción de estos genes relacionados con la sequía debería, en teoría, contener restos de la historia ambiental de estos organismos, aunque en realidad esto resulta ser una simplificación excesiva».

En cambio, los investigadores se sorprendieron por la gran cantidad de copias independientes de genes solubles en calor, que pintaron una imagen más compleja de la evolución de los genes relacionados con la anhidrobiosis. Sin embargo, vale la pena señalar que no hubo un vínculo claro entre las especies anhidrobiológicas fuertes y la cantidad de genes anhidrobiológicamente relacionados que posee una especie. «Lo que encontramos fue mucho más interesante», dice Fleming, «una red compleja de ganancias y pérdidas independientes que no están necesariamente vinculadas a los entornos de las especies terrestres modernas».

Adaptaciones autónomas en linajes tardígrados.

Aunque no hubo relación entre la duplicación de genes y el entorno de los tardígrados, el estudio proporcionó información crucial sobre las transformaciones clave que llevaron a la adquisición de la ahidrobiosis. Las distintas distribuciones de familias de genes en los dos grupos principales de tardígrados (CAHS, MAHS y SAHS en los eutardígrados y EtAHS alfa y beta en los heterotardígrados) sugieren que se produjeron dos transiciones independientes de ambientes límpidos marinos a terrestres dentro de los tardígrados, una vez en el ancestro de los eutardígrados. y una vez en Dentro de heterotardígrados.

Esta investigación representa un importante paso adelante en nuestra comprensión de la evolución de la ahidrobiosis en tardígrados. También proporciona una base para futuros estudios sobre la tolerancia extrema de los tardígrados, lo que requerirá un desarrollo continuo de recursos genómicos de linajes tardígrados más diversos.

«Desafortunadamente, no tenemos representantes de varias familias importantes, como Isohypsibiidae, y esto limita el alcance de nuestras conclusiones», dice Fleming. «Con más muestras de tardígrados marinos y de agua dulce, podremos estimar mejor las adaptaciones de los miembros del grupo terrestre». Desafortunadamente, algunos tardígrados pueden ser particularmente esquivos, lo que representa un obstáculo importante para tales estudios. Por ejemplo, Tanarctus populus, uno de los tardígrados favoritos de Fleming, es demasiado pequeño para verlo a simple vista y sólo se encuentra en sedimentos del océano Atlántico Norte, a profundidades de unos 150 metros. «Esperamos que las iniciativas de secuenciación a gran escala a través del Proyecto Biogenoma de la Tierra llenen de manera constante este vacío en nuestra comprensión, y estoy entusiasmado de que esto continúe», dice Fleming.

Referencia: “La evolución de las familias de proteínas relacionadas con la temperatura y la sequía en los tardígrados revela una adquisición compleja de tolerancia extrema” por James F. Fleming, David Pisani y Kazuharu Arakawa, 29 de noviembre de 2023. Biología y evolución del genoma..
doi: 10.1093/jpe/evad217