Investigadores españoles identificaron inversiones cromosómicas que afectan al 18,6 % del ADN de Marthasterias glacialis y varían entre ambientes cálidos, salinos y fríos
Redactor: Luis Ortega
Editor: Eduardo Schmitz
Un equipo de la Estación Biológica de Doñana y la Universidad de Barcelona descubrió que casi una quinta parte del genoma de la estrella de mar espinosa presenta organizaciones diferentes según las condiciones ambientales en las que viven sus poblaciones. El hallazgo aporta una nueva explicación genética para la adaptación de organismos marinos conectados por las corrientes oceánicas.
La investigación se centró en Marthasterias glacialis, una especie distribuida por entornos rocosos del Atlántico nororiental, los archipiélagos de la Macaronesia y el mar Mediterráneo. Aunque los ejemplares pertenecen a una misma especie y sus poblaciones intercambian material genético, los científicos encontraron grandes regiones cromosómicas cuya distribución cambia entre zonas geográficas.
Estas regiones son compatibles con inversiones cromosómicas, modificaciones estructurales en las que un fragmento del cromosoma aparece orientado en sentido inverso. En conjunto, las inversiones identificadas afectan al 18,6 % del genoma de la especie, una proporción inusualmente elevada.
Grandes fragmentos de ADN aparecen invertidos
Una inversión cromosómica se produce cuando un segmento del ADN cambia de orientación dentro del cromosoma. El contenido genético puede mantenerse, pero su orden queda invertido respecto de la configuración presente en otros individuos.
Este tipo de variante estructural no equivale a una mutación puntual que modifica una sola letra del ADN. Puede abarcar regiones extensas e influir en la manera en que numerosos genes se transmiten conjuntamente entre generaciones.
Los resultados muestran que las variantes de las inversiones no se distribuyen al azar. Algunas son más frecuentes en poblaciones del Mediterráneo, caracterizadas por aguas relativamente cálidas y salinas, mientras otras aparecen asociadas con ambientes más fríos, como los de las Islas Británicas.
El estudio amplía la evidencia de que no solo importa la secuencia de los genes, sino también la arquitectura de los cromosomas. El análisis de variantes estructurales dentro de un genoma de referencia también se utiliza en biotecnología para localizar inversiones, duplicaciones y translocaciones que pueden intervenir en características heredables.
Genes relacionados con temperatura y salinidad
Dentro de las regiones invertidas, los investigadores localizaron genes vinculados con la respuesta al estrés térmico, la osmorregulación, el sistema inmunitario y la percepción de las condiciones ambientales.
La osmorregulación permite que un organismo mantenga el equilibrio de agua y sales en sus tejidos. Esta función resulta decisiva para una especie presente en ambientes con diferencias de temperatura y salinidad, especialmente cuando esas condiciones cambian entre el Atlántico y el Mediterráneo.
La presencia de genes con funciones relevantes dentro de las inversiones coincide con la distribución geográfica de las variantes, pero no demuestra todavía que sean responsables directas de una mayor tolerancia ambiental. Los autores consideran necesarios experimentos funcionales que comparen la respuesta de individuos con configuraciones cromosómicas diferentes.
Las pruebas futuras deberán establecer si las inversiones producen cambios medibles en tolerancia al calor, resistencia frente a variaciones de salinidad, crecimiento, inmunidad o reproducción. Hasta entonces, el estudio identifica una asociación genómica sólida, no una relación causal confirmada para cada rasgo.
Bloques genéticos que se mantienen unidos
Las inversiones cromosómicas pueden reducir la recombinación, el proceso mediante el cual los cromosomas intercambian material durante la reproducción. Cuando una región se recombina menos, determinados genes permanecen agrupados y se transmiten como un bloque.
Marta Martín Huete, investigadora predoctoral de la Universidad de Barcelona, explicó que estos bloques pueden conservar combinaciones de genes beneficiosas para vivir bajo condiciones ambientales concretas. De esa manera, una población puede mantener variantes adaptativas aunque siga intercambiando genes con otras regiones.
Este mecanismo resulta especialmente importante en especies marinas cuyas larvas recorren grandes distancias. La corriente puede desplazar las larvas de la estrella de mar espinosa durante cientos de kilómetros y favorecer la mezcla entre poblaciones que, a primera vista, deberían ser genéticamente homogéneas.
Las regiones invertidas parecen escapar parcialmente a ese efecto homogeneizador. La selección natural podría favorecer determinadas configuraciones cromosómicas en cada ambiente, mientras el resto del genoma continúa mostrando el intercambio provocado por la dispersión larvaria.
Casi 300 estrellas de mar de 19 localidades
El equipo analizó muestras de cerca de 300 ejemplares procedentes de 19 localidades del Atlántico nororiental y el Mediterráneo occidental. El muestreo incluyó las Islas Británicas, las Azores, diferentes puntos de la costa atlántica europea y zonas mediterráneas.
Los investigadores estudiaron miles de marcadores genéticos repartidos por todo el ADN y los compararon con un genoma de referencia de Marthasterias glacialis. Esa metodología permitió detectar regiones compatibles con inversiones cromosómicas y observar la frecuencia de sus variantes en cada población.
Posteriormente, los datos genéticos se combinaron con registros ambientales de temperatura y salinidad. La integración de ambas fuentes permitió explorar qué configuraciones aparecían con mayor frecuencia bajo determinadas condiciones oceánicas.
El enfoque se relaciona con otras investigaciones que utilizan datos genómicos para detectar la huella de presiones ambientales o humanas. Un estudio sobre los cambios genéticos del bacalao sometido a pesca intensiva mostró cómo la comparación temporal y poblacional del ADN puede revelar procesos evolutivos que no son visibles mediante la observación externa.
Una especie homogénea puede esconder diversidad adaptativa
Las poblaciones de estrella de mar espinosa parecen relativamente similares por su aspecto. El análisis genómico, sin embargo, revela una diversidad estructural que habría pasado inadvertida si la investigación se hubiera limitado a la morfología o a un pequeño número de marcadores.
Este resultado tiene implicaciones para la conservación. Considerar a toda la especie como una unidad biológica homogénea podría ocultar poblaciones con configuraciones genéticas adaptadas a condiciones locales y con respuestas distintas frente al calentamiento del agua o los cambios de salinidad.
La diversidad genética no se mide únicamente por la cantidad de mutaciones puntuales. Las inversiones, duplicaciones, eliminaciones y otros cambios estructurales pueden mantener conjuntos de genes relevantes para la supervivencia en ambientes específicos.
La conservación de esa diversidad puede resultar especialmente importante en especies con una distribución geográfica amplia. Una población adaptada a aguas frías no necesariamente posee la misma capacidad de respuesta que otra procedente de un ambiente cálido, aunque ambas pertenezcan a la misma especie.
Genómica para anticipar respuestas al calentamiento marino
Los océanos atraviesan cambios simultáneos en temperatura, salinidad, oxígeno disponible y acidez. La forma en que cada organismo responde depende de su fisiología, de la rapidez del cambio y de la diversidad genética disponible dentro de sus poblaciones.
Si los experimentos confirman que las inversiones detectadas influyen sobre la tolerancia térmica o salina, Marthasterias glacialis podría convertirse en un modelo para estudiar la adaptación de otras especies marinas. También permitiría evaluar hasta qué punto las variantes existentes ofrecen margen para responder a un océano en transformación.
Las aplicaciones de la genómica marina no se limitan a la conservación de especies silvestres. La identificación de variantes relacionadas con la resistencia ambiental puede orientar programas de selección en acuicultura, como ocurre con las investigaciones destinadas a obtener algas resistentes al calor.
No obstante, encontrar una variante asociada con un ambiente no significa que pueda trasladarse de inmediato a un programa productivo. Primero es necesario comprobar su función, medir posibles efectos sobre otros rasgos y determinar si la adaptación se mantiene bajo condiciones controladas y naturales.
La estructura cromosómica gana importancia en biotecnología
La investigación muestra que estudiar genes individuales puede ofrecer una visión incompleta de la adaptación. Cuando varias funciones quedan agrupadas dentro de una inversión, la unidad evolutiva relevante puede ser un fragmento amplio del cromosoma y no una mutación aislada.
Esta perspectiva resulta útil para la genómica comparativa, la conservación y la selección de organismos de interés acuícola. Los mapas de alta resolución permiten identificar regiones heredadas conjuntamente, evaluar su frecuencia y relacionarlas con variables ambientales o productivas.
El próximo paso consistirá en confirmar cómo se expresan los genes incluidos en las inversiones y si las diferentes configuraciones producen respuestas fisiológicas verificables. También será necesario estudiar poblaciones adicionales y observar su desempeño bajo cambios de temperatura y salinidad.
La investigación fue liderada por Carlos Leiva, de la Estación Biológica de Doñana, y contó con la participación de Marta Martín Huete, Alejandro García-Berro, Christophe Mérot y Romina Pérez-Portela. El artículo fue aceptado para su publicación en Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Fuentes referenciales:
Agencia SINC
Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences
