En pocos millones de años, la araña Dysdera tilosensis -una especie endémica de las islas Canarias- ha reducido a la mitad el tamaño de su genoma durante el proceso de colonización y adaptación a su hábitat natural. Además de ser más pequeño, este genoma es más compacto y contiene mayor diversidad genética que el de otras arañas continentales similares. Este descubrimiento, publicado en la revista Molecular Biology and Evolution, revela por primera vez cómo una especie animal logró reducir su genoma casi a la mitad durante la colonización de isla oceánica.
El nuevo estudio contradice la visión evolutiva más tradicional -en especies colonizadoras de islas, los genomas son mayores y menudo contienen más elementos repetitivos- y amplía el debate científico sobre un gran enigma de la biología evolutiva: ¿cómo y por qué cambia el tamaño del genoma durante la evolución de los seres vivos?
Lideran el nuevo trabajo los expertos Julio Rozas y Sara Guirao-Rico, de la Facultad de Biología y el Instituto de Investigación de la Biodiversidad (IRBio) de la Universidad de Barcelona. En la investigación, que tiene como primer autor Vadim A. Pisarenco (UB-IRBio), también participan equipos de la Universidad de La Laguna, el CSIC y la Universidad Neuchâtel (Suiza).
El estudio ofrece una perspectiva sorprendente para explicar un fenómeno que ha desconcertado a los científicos durante décadas: cómo el tamaño del genoma -el número de pares de bases de ADN que determinan la información genética en un ser vivo- varía enormemente entre especies, incluso entre las que tienen una complejidad biológica similar.
Un genoma más pequeño en una especie insular: ¿una paradoja evolutiva?
Las arañas del género Dysdera se han diversificado de forma espectacular en los hábitats de Canarias. Este archipiélago es considerado un auténtico laboratorio natural donde analizar cómo evolucionan las especies y sus genomas en un contexto de aislamiento geográfico. En el archipiélago canario, hay cerca de 50 especies endémicas -un 14% de todas las especies de este género descritas en el mundo- surgidas desde que se formaron las islas hace unos pocos millones de años.
Aplicando tecnologías avanzadas de secuenciación del ADN, el equipo ha analizado el genoma de dos especies de arañas evolutivamente cercanas: Dysdera catalonica, una especie continental, presente en la mitad norte de Cataluña y el sur Francia, y D. tilosensis, que es endémica de Gran Canaria.
“La especie D. catalonica tiene un genoma de tres mil trescientos millones de pares de bases (3,3 Gb, las letras del ADN), que es casi el doble de lo que presenta la especie D. tilosensis (1,7 Gb). Curiosamente, pese a tener un genoma más pequeño, la especie de las Islas Canarias muestra mayor diversidad genética”, explica Julio Rozas, catedrático en el Departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB y miembro de la junta directiva de la plataforma Bioinformatics Barcelona.
La secuenciación genómica también revela que D. catalonica tiene una dotación cromosómica haploide de 4 autosomas y un cromosoma sexual X, mientras que D. tilosensis presenta 6 autosomas más el cromosoma X.
“La reducción del tamaño del genoma de la araña D. tilosensis asociada al proceso de colonización de la isla canaria es uno de los primeros casos documentados de reducción drástica del tamaño del genoma utilizando genomas de referencia de alta calidad”, apunta Rozas, que es director del Grupo de Investigación en Genómica Evolutiva de la UB. “Este fenómeno” -continúa- “es descrito ahora por primera vez con un gran nivel de detalle en especies animales muy cercanas filogenéticamente”.
¿Cómo se explica la reducción del genoma?
En especies tan similares a escala evolutiva, que comparten hábitats y dieta similares, “las diferencias en el tamaño del genoma no pueden atribuirse fácilmente a factores ecológicos o de comportamiento”, destaca la profesora Sara Guirao-Rico. “El análisis filogenético, combinado con medidas de citometría de flujo, revela que el ancestro común tenía un genoma grande (unos 3 Gb). Esto indica que la drástica reducción del genoma se produjo durante o después de la llegada a las islas”.
Este es un resultado claramente paradójico por dos motivos. Por un lado, aunque es menos frecuente en animales, lo más habitual son los incrementos de tamaño genómico por duplicaciones completas de genoma, “especialmente en plantas, donde es habitual la aparición de especies poliploides (con dotaciones múltiples de cromosomas). En cambio, reducciones tan acusadas de genoma y en un período relativamente corto de tiempo son mucho más raras”, indica Guirao-Rico.
En segundo lugar, este hallazgo contradice las teorías que afirman que, en las islas, el efecto fundador -el proceso de colonización por un número reducido de individuos- comporta una reducción de la presión selectiva. Como resultado, los genomas deberían ser mayores y ricos en elementos repetitivos. “En el estudio, lo que se ha observado, sin embargo, es justo lo contrario: las especies insulares tienen genomas más pequeños, más compactos y con mayor diversidad genética”, indica el doctorando Vadim A. Pisarenco.
Este patrón sugiere la presencia de mecanismos no adaptativos, «según los cuales las poblaciones de Canarias se habrían mantenido bastante numerosas y estables durante mucho tiempo. Esto habría permitido mantener una fuerte presión selectiva y, como consecuencia, eliminar el ADN innecesario», indica Pisarenco.
Descifrando uno de los grandes enigmas de la biología evolutiva
Todavía es una incógnita entender por qué en especies similares algunos genomas acumulan un gran número de secuencias repetitivas de ADN y otros son más compactos. El nuevo estudio podría aportar una nueva perspectiva para resolver esta incógnita abierta en biología evolutiva.
Según algunas hipótesis, estos cambios en el genoma responden a un valor adaptativo directo. Otras explicaciones proponen mecanismos no adaptativos, en los que el tamaño del genoma es el resultado de un equilibrio entre la acumulación de elementos repetitivos (como los transposones) y su eliminación por selección purificadora.
“El nuevo estudio apoya la idea de que, más que una adaptación directa, el tamaño del genoma en estas especies depende sobre todo de un equilibrio entre la acumulación y la eliminación de este ADN repetitivo”, concluyen los investigadores.
(Nota de prensa e imagen cedida por la UIB).
