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Some unicellular organisms possess genes that were thought unique to animals

Some unicellular organisms possess genes that were thought unique to animals

The prestigious scientific magazine PNAs publishes today a study entitled "Early evolution of the T-box transcription factor family". The study demonstrates the presence of T-box genes in various non-animal lineages. And suggest that, both co-option of ancestral transcription factors into new functions and a high interactivity between genes were crucial factors for the generation of the complex transcriptional regulation that we observe today in animals. This research has been led and coordinated by researchers from I. Ruiz-Trillo's Lab.
Ref. Article:  Sebé Padrós, A., et al. 2013. Early evolution of the T-box transcription factor family. PNAs www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1309748110.

16.09.2013

 

Algunos organismos unicelulares poseen genes que se creían exclusivos de los animales

Un trabajo dirigido por Iñaki-Ruiz Trillo, científico del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), demuestra que la genética de animales y seres humanos no está tan alejada de la genética de  sus parientes unicelulares más cercanos. El trabajo revela que algunos organismos unicelulares tienen genes que hasta hace poco se creía exclusivos de los animales. El gen Brachyury, esencial para el desarrollo de los animales, tiene en la ameba Capsaspora una secuencia prácticamente idéntica que puede, incluso, mimetizar la función del Brachyury en un animal, aunque con menor especifidad.En el trabajo también han participado investigadores del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CSIC- Universidad Pablo de Olavide), del Cincinnati Children's Hospital Medical Center (EEUU), del Sars International Centre for Marine Molecular Biology (Noruega), y de la Universidad de Toronto (Canada).

Los genes T-box

Los T-box son unos de los factores de transcripción más importantes en animales, ya que regulan procesos del desarrollo animal. Un gen de la familia T-box es "Brachyury", que juega un papel esencial en las primeras fases del desarrollo embrionario animal. En los vertebrados, por ejemplo, el gen Brachyury está implicado en la formación de la cuerda dorsal del embrión.

Iñaki Ruiz-Trillo, que es también investigador de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) y profesor asociado de la Universidad de Barcelona, explica: "Hasta hace poco se pensaba que los T-box eran exclusivos de animales, puesto que no se habían identificado en los genomas de plantas, de hongos ni en ningún otro eucariota". Tampoco se habían encontrado genes T-box en los coanoflagelados, organismos unicelulares que están considerados los "parientes" más cercanos de los animales. (Ver gráfico).

Sin embargo, hace dos años, el equipo de Ruiz-Trillo demostró que la ameba  Capsaspora owczarzaki, un organismo unicelular de la familia de los Filasterea -los segundos "parientes" más cercanos de los animales-, tenía factores de transcripción T-box y, entre ellos, el gen "Brachyury".  También, más recientemente,  lideraron la obtención del genoma de Capsaspora, genoma que demostró tener una complejidad inesperada.

Ahora, el trabajo dirigido por Iñaki-Ruiz Trilloy José Luis Gómez-Skarmeta demuestra que, además de en Capsaspora, existen genes T-box en otros linajes no-animales. Los investigadores han descubierto genes T-Box en los Ictiosporeos, otros organismos unicelulares emparentados con los animales y en diferentes hongos basales.

¿Por qué no se hallan los genes T-box en familias de organismos más cercanas a los animales, como los coanoflagelados? La conclusión, dice Iñaki Ruiz-Trillo, "es que estos genes se perdieron secundariamente en los coanoflagelados y, también, en hongos superiores".

Mimetizan el gen de los animales

Para ver si los genes T-Box de Capsaspora son funcionales en animales, los investigadores han analizado y aislado el gen Brachyury de Capsaspora, cuya estructura es muy similar al su gen homólogo en animales. Posteriormente, lo han introducido en embriones de una rana (Xenopus laevis), a los cuales previamente se les silenciaron sus propios genes "Brachyury". Paralelamente, han introducido en otros embriones de rana el gen "Brachyury" procedente o bien de una esponja marina (del género Sycon) o bien de una anémona marina (Nematostella).

El experimento ha demostrado que ambos genes Brachyury, tanto el procedente del organismo unicelular Capsaspora como los procedentes de la esponja y de la anémona y del cnidario, son capaces de mimetizar la función del gen Brachyury de la rana, y llevar a buen término la gastrulación, proceso que da lugar a la formación de las capas fundamentales del embrión.

Sin embargo, hay diferencias importantes. Tal y como indica José Luis Gómez-Skarmeta "el gen proveniente de Capsaspora no tiene la especificidad del de la esponja o la anémona". El primero activa genes que no deberían ser activados por Brachyury sino por otros genes T-box, demostrando poca especificidad. Por el contrario, el gen Brachyury de la esponja y la anémona si que activa los mismos genes que el Brachyury de la rana Xenopus.

Por otro lado, los científicos han demostrado que las secuencias génicas, en concreto, los lugares de activación de la expresión génica (motivos de unión al ADN) de Brachyury en Capsaspora y en animales son casi idénticas, así que, argumentan, la diferencia en su función no se debe a cambios en estas secuencias sino a la interacción con otros co-factores. "La especificidad de los genes T-box que observamos hoy en día en animales se consiguió seguramente por interacciones con otros co-factores y estas interacciones se debieron establecer justo en el origen de animales", afirman los científicos. "Nuestro trabajo sugiere dos puntos claves para la formación de la compleja regulación transcripcional que vemos hoy en día en animales fueron la reutilización de factores de transcripción ancestrales en nuevas funciones y una mayor interactividad entre genes", concluye Iñaki Ruiz-Trillo.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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