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La historia evolutiva de los genomas

Los datos genómicos pueden proporcionar información muy útil para comprender cómo han evolucionado los rasgos de los organismos a lo largo del tiempo. Sin embargo, la modelización de la evolución del genoma constituye una tarea muy ardua debido a la gran heterogeneidad de la historia evolutiva de los genes.
La historia evolutiva de los genomas
Para dilucidar la historia evolutiva de las especies y sus relaciones evolutivas es necesario construir filogenias moleculares. El análisis de secuencias hereditarias de ADN que codifican para la vasta complejidad de redes metabólicas existentes en la biodiversidad actual a partir del alineamiento de estas secuencias proporciona información relevante sobre la evolución de los genes y las especies. Sin embargo, la duplicación, la pérdida o la transferencia horizontal de genes dificultan sobremanera la reconstrucción de árboles filogenéticos.

Los investigadores del proyecto financiado por la Unión Europea GENESTORY (Assembling genome history from gene stories: Phylogeny aware genome scale inference of ancestral traits and ancient environments) se propusieron aprovechar los avances recientes en la modelización de la evolución del genoma. En su trabajo analizaron datos brutos experimentales alojados en repositorios de acceso libre, proporcionaron nueva información biológica y conjuntos de datos muy amplios y complejos y combinaron modelos de reconstrucción de redes metabólicas con modelos de paleobiodiversidad.

El equipo de GENESTORY llevó a cabo una reconstrucción a nivel de todo el genoma de repertorios de genes ancestrales y correlacionaron la información resultante con modelos a nivel de sistema del fenotipo, las condiciones paleoambientales y la diversidad. Este método permitió estudiar la evolución de la estructura de redes metabólicas y comprender cómo han evolucionado genes específicos a lo largo del tiempo.

Las arqueas son uno de los principales dominios de la vida celular y desempeñan un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos. Por tanto, comprender su origen e historia evolutiva es fundamental, más aún si cabe teniendo en cuenta que las células eucariotas evolucionaron a partir de arqueas ancestrales. El principal obstáculo a la hora de abordar su estudio es la amplia escala temporal a considerar. Sin embargo, los investigadores de GENESTORY emplearon una nueva técnica que aprovecha la información referente a los patrones evolutivos de familias de genes para averiguar la raíz del árbol evolutivo de las arqueas y dilucidar el metabolismo de las primeras células arqueotas. Esto condujo a la formulación de la hipótesis de que las primeras arqueas presentaban un metabolismo anaerobio basado en la reducción del dióxido de carbono y el hidrógeno. Este método también permitió cuantificar el efecto de la transferencia horizontal de genes en la evolución del genoma de las arqueas.

La transferencia génica horizontal también aparece en varios grupos de organismos eucariotas, incluyendo los metazoos, las esponjas y los hongos. Los investigadores estudiaron miles de familias de genes en hongos y cianobacterias y obtuvieron pruebas sólidas de que la transferencia horizontal de genes desempeña, al igual que en los procariotas, un papel importante en la evolución de los hongos.

En conjunto, los resultados del proyecto GENESTORY demostraron cómo los métodos de análisis de conjuntos de datos genómicos pueden mejor la comprensión de la evolución genómica.

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Palabras clave

Modelización, evolución del genoma, GENESTORY, arqueas, hongos
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