Investigadores de la Facultad de Medicina Veterinaria y Ciencias Biomédicas (VMBS) de Texas A&M y un equipo interdisciplinario de colaboradores han descubierto nueva información sobre la historia de la evolución de los gatos, que explica cómo evolucionaron los gatos, incluidas especies conocidas como leones, tigres y gatos domésticos en diferentes especies y arrojando luz sobre cómo los diferentes cambios genéticos en los gatos se relacionan con habilidades de supervivencia como la capacidad de oler a las presas.
por Courtney Price, Universidad Texas A&M
Al comparar genomas de varias especies de gatos, el proyecto, publicado hoy en Nature Genetics , ha ayudado a los investigadores a comprender por qué los genomas de los gatos tienden a tener menos variaciones genéticas complejas (como reordenamientos de segmentos de ADN) que otros grupos de mamíferos, como los primates. También reveló nuevos conocimientos sobre qué partes del ADN de los gatos tienen más probabilidades de evolucionar rápidamente y cómo desempeñan un papel en la diferenciación de especies.
«Nuestro objetivo era comprender mejor cómo evolucionaron los gatos y la base genética de las diferencias de rasgos entre las especies de gatos», dijo el Dr. Bill Murphy, profesor de biociencias veterinarias integradoras de VMBS que se especializa en la evolución de los gatos. «Queríamos aprovechar algunas tecnologías nuevas que nos permiten crear mapas genómicos de gatos más completos.
«Nuestros hallazgos abrirán las puertas a las personas que estudian las enfermedades, el comportamiento y la conservación de los felinos», dijo. «Trabajarán con una comprensión más completa de las diferencias genéticas que hacen que cada tipo de gato sea único».
Variaciones sobre un tema
Entre las cosas que los científicos intentaban comprender mejor está por qué los cromosomas felinos (estructuras celulares que contienen información genética para rasgos como el color del pelaje, el tamaño y las capacidades sensoriales) son más estables que en otros grupos de mamíferos.
«Sabemos desde hace tiempo que los cromosomas de los gatos en todas las especies son muy similares entre sí», dijo Murphy. «Por ejemplo, los cromosomas de los leones y los gatos domésticos apenas difieren en absoluto. Parece haber muchas menos duplicaciones, reordenamientos y otros tipos de variación que los que se encuentran comúnmente en los grandes simios».
En el orden de los primates, este tipo de variación genética ha llevado a la evolución de diferentes especies, incluidos los humanos y los grandes simios.
«Los genomas de los grandes simios tienden a romperse y reorganizarse, e incluso los genomas humanos tienen regiones muy inestables», dijo Murphy. «Estas variaciones pueden predisponer a ciertos individuos a tener enfermedades genéticas, como el autismo y otros trastornos neurológicos».
La clave de esta variación entre gatos y simios, como descubrió Murphy, parece ser la frecuencia de algo llamado duplicaciones segmentarias: segmentos de ADN que son copias muy similares de otros segmentos de ADN que se encuentran en otras partes del genoma .
«Los investigadores del genoma de los primates han podido vincular estas duplicaciones segmentarias con reordenamientos cromosómicos», dijo. Cuantas más duplicaciones segmentarias tenga en su ADN, más probabilidades habrá de que los cromosomas se reorganicen, y así sucesivamente.
«Lo que descubrimos al comparar un gran número de genomas de especies de gatos es que los gatos tienen sólo una fracción de las duplicaciones segmentarias encontradas en otros grupos de mamíferos; los primates en realidad tienen siete veces más de estas duplicaciones que los gatos. Esa es una gran diferencia, y ahora Creemos que entendemos por qué los genomas de los gatos son más estables», afirmó.
Una aguja en una (doble) hélice
Si bien es posible que los gatos no tengan tantos reordenamientos genéticos importantes en su ADN, todavía tienen muchas diferencias. A través de su investigación, Murphy y sus colegas ahora comprenden mejor qué partes del ADN del gato causan esas variaciones, especialmente las variaciones que definen la especiación o las diferencias entre especies.
«Resulta que hay una gran región en el centro del cromosoma X donde ocurren la mayoría de los reordenamientos genéticos», dijo Murphy. «De hecho, hay un elemento repetitivo específico dentro de esta región llamado DXZ4 que, según la evidencia, es en gran medida responsable del aislamiento genético de al menos dos especies de gatos, el gato doméstico y el gato de la selva».
DXZ4 es lo que Murphy llama repetición satélite: no es un gen típico que codifica un rasgo físico como el color del pelaje, sino que ayuda en la estructura tridimensional del cromosoma X y probablemente jugó un papel importante en la especiación de los gatos.
«Todavía no conocemos el mecanismo preciso, pero al comparar todos estos genomas de gatos, podemos medir mejor la velocidad a la que DXZ4 evolucionó en una especie en comparación con todas las demás. Lo que aprendimos es que DXZ4 es uno de los más rápidos. partes del genoma del gato en evolución; está evolucionando más rápido que el 99,5% del resto del genoma», explicó.
«Debido a la velocidad a la que muta, pudimos demostrar por qué DXZ4 probablemente esté relacionado con la especiación», dijo Murphy.
Olfateando genes esquivos
Utilizando secuencias genómicas nuevas y muy detalladas, el equipo también descubrió vínculos más claros entre la cantidad de genes olfativos, que gobiernan la detección de olores en los gatos, y la variación en el comportamiento social y cómo se relacionan con su entorno.
«Dado que los gatos son depredadores que dependen en gran medida del olfato para detectar a sus presas, su sentido del olfato es una parte muy importante de quiénes son», dijo Murphy. «Los gatos son una familia muy diversa y siempre hemos querido comprender cómo la variación genética juega un papel en la capacidad de olfato de las diferentes especies de gatos en sus diferentes entornos .
«Los leones y los tigres tienen una diferencia bastante grande entre ciertos genes odorantes implicados en la detección de feromonas, que son sustancias químicas que diferentes animales liberan al medio ambiente para comunicar información sobre identidad, territorio o peligro», continuó.
«Creemos que la gran diferencia tiene que ver con que los leones son animales muy sociales que viven en grupos familiares y los tigres llevan un estilo de vida solitario. Los leones pueden tener una menor dependencia de las feromonas y otros olores porque están constantemente cerca de otros leones, lo que se refleja en la menor cantidad de genes de este tipo en sus genomas», dijo.
Los tigres, por otro lado, necesitan poder oler a sus presas en territorios muy extensos, así como encontrar pareja.
«Los tigres, en general, tienen grandes repertorios de receptores olfativos y de feromonas», explicó Murphy. «Creemos que esto está directamente relacionado con el tamaño de sus territorios y la variedad de entornos en los que viven».
Los gatos domésticos, por otro lado, parecen haber perdido una amplia gama de genes olfativos.
«Si no tienen que viajar tan lejos para encontrar lo que necesitan porque viven con personas, tiene sentido que la selección natural no preserve esos genes», dijo.
Murphy compartió que su ejemplo favorito del proyecto son los receptores de olores del gato pescador, una especie de gato salvaje adaptada al agua que vive en el sudeste asiático.
«Pudimos demostrar que los gatos pescadores han conservado muchos genes para detectar olores transmitidos por el agua, lo cual es un rasgo bastante raro en los vertebrados terrestres», dijo. «Todas las demás especies de gatos han perdido estos genes específicos con el tiempo, pero los gatos pescadores todavía los tienen».
Esta nueva información sobre los genes olfativos en los gatos fue posible gracias a un nuevo enfoque de secuenciación del genoma llamado trío binning, que permite a los investigadores secuenciar las regiones más difíciles de un genoma.
Esta nueva tecnología también facilita mucho la separación del ADN materno y paterno.
«Con el trío binning, ahora puedes tomar ADN de un híbrido F1 (un animal cuyo ADN se divide 50-50 entre padres de diferentes especies) y separar limpiamente el ADN materno y paterno, lo que te brinda dos conjuntos completos de ADN, uno para cada especies parentales», afirmó Murphy. «El proceso es mucho más sencillo y los resultados más completos».
Llenando los espacios en blanco
Una de las conclusiones más importantes del proyecto es que las especies de gatos pueden ser similares en muchos aspectos, pero sus diferencias importan.
«Estas diferencias nos muestran cómo estos animales se adaptan perfectamente a sus entornos naturales», dijo Murphy. «No son intercambiables, y esa es información valiosa para los conservacionistas y otras personas que trabajan para preservar o restaurar especies en sus hábitats naturales.
«Por ejemplo, no se puede suponer que los tigres de Sumatra y Siberia sean iguales», afirmó. «Sus entornos son tremendamente diferentes, y esas poblaciones de tigres probablemente hayan desarrollado adaptaciones genéticas especializadas para ayudarles a sobrevivir en estos lugares tan diferentes».
También es importante que los científicos se den cuenta de que las secciones de genomas que son más difíciles de ensamblar pueden ser la clave para comprender sistemas corporales cruciales como la inmunidad y la reproducción.
«Los genes olfativos no son los únicos que han sido difíciles de secuenciar y estudiar. Los científicos también han tenido dificultades para secuenciar genes inmunes y reproductivos, por lo que a estudios anteriores les falta este tipo de información. Imagínese intentar estudiar una condición genética en gatos, humanos , o cualquier especie , sin tener todas las piezas; por eso es importante ensamblar genomas completos», dijo Murphy.
Por ahora, Murphy y su equipo seguirán aplicando las tecnologías más avanzadas de secuenciación y ensamblaje del genoma a los genomas de los gatos para completar la mayor cantidad de información posible sobre el mundo de los gatos.
El estudio fue conceptualizado por Bill Murphy, profesor de biociencias veterinarias integrativas de VMBS en Texas A&M y Wes Warren, profesor de genómica en el Bond Life Sciences Center de la Universidad de Missouri. En otras colaboraciones participaron investigadores de la Universidad de Washington, el University College Dublin, el Instituto de Biología de Sistemas de Seattle, la Universidad Estatal de Luisiana y el Centro Oceanográfico Guy Harvey.
Más información: Kevin R. Bredemeyer et al, La genómica comparativa de un solo haplotipo proporciona información sobre la variación estructural específica del linaje durante la evolución del gato, Nature Genetics (2023). DOI: 10.1038/s41588-023-01548-y
