Detectan un evento de transferencia horizontal de genes de plantas a insectos

CONICET/DICYT En términos clásicos, la trasmisión de la información genética fluye en un sentido vertical. Pasa de padres a hijos, de progenitores a descendientes. Con el tiempo, la ganancia y pérdida de variabilidad génica -producto de las mutaciones, la selección natural y otros mecanismos evolutivos- deriva en la aparición de nuevas especies. Sin embargo, estos cambios no implican la alteración del patrón hereditario básico. En efecto, la reconstrucción de una filogénesis supone, justamente, que los organismos reciben el material genético de sus ancestros y se lo trasmiten a sus descendientes.

La llamada trasmisión horizontal de genes (HGT, por sus siglas en inglés), en cambio, implica, tal como su nombre lo indica, una transferencia de información genética entre especies que no tienen relación evolutiva directa. Aunque en organismos unicelulares, como las bacterias, es bastante común -de hecho esa es la forma en la que adquieren resistencia a los antibióticos-, en organismos pluricelulares se supone que su incidencia es menor, debido a que existe una barrera que impide que material genético foráneo llegue a la línea germinal; es decir a las células que van a formar parte de la reproducción. Esto lleva, por ejemplo, a que los genes provenientes de la dieta presentes en las células del intestino humano no se transfieran a las siguientes generaciones. No obstante, eventos singulares de HGT han sido documentados en los tres dominios de la vida: bacterias, arqueas y eucariotas.

Recientemente, un equipo de investigadores del CONICET en el Instituto Multidisciplinario de Investigaciones Biológicas de San Luis (IMIBIO-SL, CONICET-UNSL) reportó en la revista Scientifc Reports un evento singular de HGT, por medio del cual un gen que codifica para Proteínas Inactivantes del Ribosoma (RIPs, por sus siglas en inglés) pasó de una planta al ancestro de una especie de mosca blanca conocida como Bemisia tabaci. En 2017, el mismo equipo de trabajo ya había dado a conocer, también a través de Scientific Reports, un caso de HGT entre bacterias y mosquitos de la familia Culicidae.

Las proteínas RIPs

“Las RIPs son un grupo de proteínas tóxicas cuya función enzimática es inactivar el ribosoma -parte fundamental de la maquinaria celular- y, de esta forma, bloquear la síntesis de proteínas. Aunque su presencia es muy amplia en plantas y bacterias, hasta el trabajo que publicamos en 2017 no había evidencia de que se encontraran también en animales. Nosotros reportamos por primera vez su presencia en ciertos mosquitos y pudimos confirmar que el gen había sido recibido de una bacteria, en un evento singular de HGT. Lo que descubrimos ahora es un nuevo caso de HGT, pero esta vez de plantas a moscas blancas; lo cual constituye además la segunda evidencia de la presencia de genes RIP en insectos”, afirma Walter Lapadula, investigador del CONICET en el IMIBIO y primer autor de ambos trabajos.

Lapadula y su director, Maximiliano Juri Ayub, también investigador del CONICET y autor correspondiente de los dos artículos, se dedican al estudio de las RIPs desde un punto de vista evolutivo. De ahí su interés por conocer en qué organismos están presentes estas enzimas, cómo llegaron a formar parte de sus genomas y cuál es su función.

“El rol que cumplen estas toxinas es muy discutido. Muchas veces, el interés en estudiar un determinado tipo de genes parte del conocimiento de su función biológica. En este caso es al revés, nosotros partimos de la evidencia de que los genes RIP se incorporan a diferentes genomas y se mantienen a través del proceso de selección natural, y que eso significa que necesariamente cumplen alguna función ventajosa para los organismos, aunque no sepamos bien cuál”, señala Juri Ayub.

Un nuevo evento de transferencia horizontal de genes RIP en insectos

A partir de búsquedas en distintas bases de datos, los investigadores pudieron advertir la presencia de dos genes RIPs en el genoma de Bemisia tabaci. Para poder descartar que se tratara de una contaminación, lo primero que hicieron fue corroborarlo en otros genomas de moscas blancas presentes en otras bases de datos. Una vez que confirmaron que estos dos genes no eran productos de contaminaciones de los procesos de secuenciación, lo que se propusieron fue saber cómo habían llegado allí -de qué organismo los habían heredado o adquirido-, y poder establecer si les otorgan a estos insectos alguna ventaja adaptativa.

“Al empezar a estudiar desde una mirada evolutiva los genes RIP presentes en las moscas blancas B. tabaci, notamos que sorpresivamente no eran filogénicamente cercanos a los que antes habíamos encontrado en mosquitos. Por el contrario, advertimos que eran cercanos a otros genes que codifican para proteínas RIPs que se encuentran en el genoma de ciertas plantas. Dado que en sus etapa larval, B. tabaci se alimenta de la savia de este tipo de plantas, consideramos debe tratarse de un nuevo evento de HGT”, afirma Lapadula.

En el caso anterior, los investigadores habían visto que los genes RIP de los mosquitos Culicidae -emparentados cercanamente con genes RIP de bacterias- habían evolucionado bajo una selección purificadora, lo que les permitió concluir que tras el evento singular de HGT habían adquirido un rol funcional en los organismos que los adquirieron.

“Cuando un gen se transfiere horizontalmente, uno podría pensar que no necesariamente va a afectar el funcionamiento del organismo al que se incorpora y que, en ese caso, seguramente la selección natural se va a encargar de eliminarlo. Su permanencia a través de millones de años, por el contrario, podría considerarse un indicio de que la proteínas codificadas por este gen le otorgan a la especie a la que se incorporaron algún beneficio que le permite mejorar su eficiencia biológica”, advierte Juri Ayub.

A través de análisis de conservación de codones -los conjuntos de tres nucleótidos que codifican los aminoácidos-, el equipo de investigación del IMIBIO-SL obtuvo evidencia de que los genes RIP presentes en B. tabaci están permaneciendo y no siendo eliminados por la selección natural. Esto implicaría que de alguna manera -aún desconocida- afectan positivamente la adecuación biológica de los organismos que los adquirieron a través de la trasmisión horizontal.

La incidencia de la HGT en la evolución de las especies

La pregunta por cuál es el nivel de repercusión real de la HGT en la evolución de las especies animales -si es marginal o tiene un impacto de relevancia- es una cuestión sobre la que aún no se sabe demasiado y motivo de controversias en el ámbito científico.

“Si se descubriera que la incidencia de la HGT es mayor de la que se ha creído hasta el momento, sería significativo en términos evolutivos porque se trata de un mecanismo de cambio altamente innovador. La evolución clásica, tal como la entendemos, es un proceso gradual. Pero si la transferencia de genes entre organismos que no tienen relación de parentesco directa fuera algo más frecuente de lo que pensamos, habría que considerar también que los cambios evolutivos pueden ser más bruscos, dado que esto le daría más versatilidad a las especies para incorporar de forma abrupta funciones que antes no tenían y adaptarse mejor al ambiente”, explica Juri Ayub.

Si bien Juri Ayub y Lapadula parten de la base de reconocer que en los organismos superiores las células germinales se encuentran separadas del resto y que esto bloquea la incorporación de material genético foráneo, sus recientes investigaciones los llevan a considerar la hipótesis de que la HGT en insectos pueda ser más frecuente que en otros animales.

“Aunque los insectos son organismos pluricelulares, parece factible que en las primeras etapas de su desarrollo, cuando son larvas, estén más expuestos que otros animales –como, por ejemplo, los vertebrados- a que genes foráneos lleguen a incorporarse a las células que después van a formar los ovocitos y espermatozoides, de modo que puedan transmitirse luego a su descendencia”, señala Juri Ayub.