Un equipo de investigación dirigido por André Marques en el Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento en Colonia, Alemania, ha descubierto los profundos efectos de un modo atípico de disposición cromosómica en la organización y evolución del genoma. Sus hallazgos se publican en la revista Célula.
En cada célula individual de nuestro cuerpo, nuestro ADN, la molécula que lleva las instrucciones para el desarrollo y el crecimiento, se empaqueta junto con las proteínas en estructuras llamadas cromosomas. Conjuntos completos de cromosomas juntos constituyen el genoma, toda la información genética de un organismo. En la mayoría de los organismos, incluidos nosotros, los cromosomas aparecen como estructuras en forma de X cuando se capturan en sus estados condensados y duplicados en preparación para la división celular. De hecho, estas estructuras pueden estar entre las más icónicas de toda la ciencia. La forma de X se debe a una región constreñida llamada centrómero que sirve para conectar las cromátidas hermanas, que son las copias idénticas formadas por la replicación del ADN de un cromosoma. La mayoría de los organismos estudiados son «monocéntricos», lo que significa que los centrómeros están restringidos a una sola región en cada cromosoma. Sin embargo, varios organismos animales y vegetales muestran una organización de centrómeros muy diferente: en lugar de una constricción solitaria como en los cromosomas clásicos en forma de X, los cromosomas de estos organismos albergan múltiples centrómeros que están dispuestos en una línea desde un extremo de una cromátida hermana hasta el otro. el otro. Por lo tanto, estos cromosomas carecen de una constricción primaria y de la forma de X, y las especies con tales cromosomas se conocen como «holocéntricas», de la antigua palabra griega holos que significa «totalidad».
Un nuevo estudio dirigido por André Marques del Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento en Colonia, Alemania, ahora revela los sorprendentes efectos de este modo no clásico de organización cromosómica en la arquitectura y evolución del genoma.
Para determinar cómo afecta la holocentricidad al genoma, Marques y su equipo utilizaron tecnología de secuenciación de ADN de alta precisión para decodificar los genomas de tres juncias de pico holocéntricas estrechamente relacionadas, plantas con flores parecidas a la hierba que se encuentran en todo el mundo y que a menudo son las primeras conquistadoras de nuevos hábitats. Como referencia, el equipo también decodificó el genoma de su pariente monocéntrico más estrechamente relacionado. Por lo tanto, comparar las juncias de pico holocéntricas con su pariente monocéntrica permitió a los autores atribuir las diferencias que observaron a los efectos de la holocentricidad.
Sus análisis revelan diferencias sorprendentes en la organización del genoma y el comportamiento cromosómico en organismos holocéntricos. Descubrieron que la función del centrómero se distribuye en cientos de pequeños dominios de centrómero en los cromosomas holocéntricos. Mientras que en los organismos monocéntricos, los genes se concentran en gran medida lejos de los centrómeros y las regiones que los rodean, en las especies holocéntricas se distribuyen uniformemente a lo largo de toda la longitud de los cromosomas. Además, en las especies monocéntricas, se sabe que los cromosomas se mezclan entre sí en un alto grado durante la división celular, una propiedad que parece desempeñar un papel en la regulación de la expresión génica. En particular, estas interacciones de largo alcance disminuyeron considerablemente en los picos-juncos con holocentrómeros. Por lo tanto, el holocentrismo afecta fundamentalmente a la organización del genoma y al comportamiento de los cromosomas durante la división celular.
En los organismos holocéntricos, casi cualquier fragmento cromosómico dado albergará un centrómero y, por lo tanto, tendrá una función de centrómero adecuada, lo que no es cierto para las especies monocéntricas. De esta manera, se ha pensado que los holocentrómeros estabilizan los fragmentos cromosómicos y las fusiones y, por lo tanto, promueven la evolución rápida del genoma, o la capacidad de un organismo para realizar cambios rápidos y completos en su ADN. En uno de los picos de juncia que analizaron, Marques y su equipo pudieron demostrar que las fusiones de cromosomas facilitadas por los holocentrómeros permitieron que esta especie mantuviera el mismo número de cromosomas incluso después de la cuadruplicación de todo el genoma. En otra de sus juncias de pico analizadas, una especie con solo dos cromosomas, el más bajo de cualquier planta, se encontró que el holocentrismo era responsable de la reducción dramática en el número de cromosomas. Por lo tanto, los cromosomas holocéntricos pueden permitir la formación de nuevas especies a través de una rápida evolución a nivel del genoma.
Según Marques, «nuestro estudio muestra que la transición a la holocentricidad ha influido en gran medida en la forma en que se organizan y regulan los genomas, además de permitir que los genomas evolucionen rápidamente mediante la fusión de sus cromosomas». Los hallazgos del equipo también muestran implicaciones emocionantes para el mejoramiento de plantas, que generalmente se basa en la capacidad de intercambiar ADN y genes entre cromosomas y organismos. «Las plantas holocéntricas permiten el intercambio de ADN en la vecindad de los centrómeros, algo que normalmente se suprime en las especies monocéntricas. Comprender cómo hacen esto los holocéntricos podría permitirnos ‘desbloquear’ esos genes en las especies monocéntricas y hacerlos accesibles para la reproducción de mejores- rendimiento, especies de cultivos más resistentes».
