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H2020

Finch Evo-Devo — Resultado resumido

Project ID: 702707
Financiado con arreglo a: H2020-EU.1.3.2.
País: Reino Unido
Dominio: Investigación fundamental, Cambio climático y medio ambiente

El desarrollo evolutivo de los picos de pinzón

Los pinzones de Darwin presentan una enorme variedad en cuanto a formas y tamaños de picos, que difieren según la dieta. El proyecto Finch Evo-Devo, financiado con fondos europeos, ha empleado genómica avanzada (transcriptómica) para explicar cómo han evolucionado quince especies de pinzón a partir de un único ancestro que llegó a las Islas Galápagos.
El desarrollo evolutivo de los picos de pinzón
Según la genética del desarrollo evolutivo, o «evo-devo» por su abreviatura en inglés, la mayoría de formas biológicas adultas ya se pueden observar durante el desarrollo embrionario (es decir, antes del nacimiento o salida del cascarón) a medida que se determina la forma de los animales. Un ejemplo clásico es la aparición transitoria de branquias y una cola en los seres humanos, las cuales se pierden según avanza el proceso.

Estos programas genéticos del desarrollo varían según las diversas especies a causa de las diferencias en la regulación de genes activos durante el desarrollo embrionario. En los pinzones de Darwin, los diferentes tamaños y formas de pico ya se observan claramente en los embriones maduros. Esto indica que la morfología del pico está determinada genéticamente y no depende de los factores medioambientales (como la alimentación) tras la salida del cascarón. «Hemos estudiado los pinzones de Darwin de las Islas Galápagos porque representan un ejemplo icónico de la evolución por selección natural y gran parte de su supervivencia depende de sus picos», explica el doctor Arkhat Abzhanov, coordinador del proyecto Finch Evo-Devo.

Evolución modular

Los estudios anteriores del grupo, empleando modelización matemática, mostraron que las formas de los picos se pueden clasificar en tres grupos. El tamaño varía dentro de cada grupo y los grupos se distinguen por la curvatura del pico. «Anteriormente descubrimos que, durante el desarrollo embrionario de las especies del grupo A, las tres dimensiones del pico (longitud, anchura y profundidad) y los dos tejidos que le confieren volumen (cartílago y hueso) se regulan de forma independiente mediante vías de señalización diferentes», destaca la doctora Mariya Dobreva, la colaboradora que lidera la investigación.

La conclusión es que los diferentes módulos del desarrollo permiten una variación independiente, lo cual aumenta el grado de variación total. Esto puede servir para explicar la increíble diversidad de los seres vivos de nuestro planeta.

Genómica avanzada: dónde, cuándo y cuánto

El análisis comparativo de la secuencia del transcriptoma completo es la genómica avanzada. Mientras que la genómica ofrece información sobre las «recetas» para construir un cuerpo, la transcriptómica nos muestra cómo se ejecutan esas recetas y revela detalles sobre dónde y cuándo están activos los genes de desarrollo. El equipo comparó la composición de ARNm en un tejido específico, en este caso el primordio del pico cuando se estaba desarrollando la forma del pico.

El equipo de Finch Evo-Devo actualmente está validando un subconjunto de nuevos genes candidatos. Las pruebas de pérdida y ganancia de función con virus desarrollados por ingeniería genética que transportan el gen correspondiente para el desarrollo de embriones de pollo revelará sus funciones en la morfogénesis del pico. «Las pruebas en embriones de pollo tienen por objetivo imitar la forma del pico de diferentes embriones de pinzón de Darwin en pollos. Una simulación exitosa tras la manipulación con un gen específico confirmará su función en la morfogénesis de la forma del pico», comenta la doctora Dobreva.

Resultados significativos

Finch Evo-Devo ha optimizado satisfactoriamente el nuevo protocolo para la futura utilización y se ha secuenciado el transcriptoma para los tres grupos de pinzones de Darwin.

Las diferencias en la expresión génica entre las especies, en combinación con los conocimientos sobre las redes genéticas, han permitido comenzar a elucidar la compleja regulación de la determinación de la curvatura de los picos. Hasta la fecha, el equipo ha validado algunos de los mejores genes candidatos mediante hibridación «in situ», una prueba que ayuda a detectar la ubicación exacta de la expresión génica en secciones de los embriones de pinzones de Darwin.

Un productivo viaje a las Islas Galápagos permitió obtener suficientes muestras de embriones para completar el trabajo del proyecto. La doctora Dobreva ha representado al equipo en conferencias nacionales e internacionales, ha formado a estudiantes y ha liderado un equipo sobre el terreno. En breve trabajará en la publicación de los resultados del proyecto Finch Evo-Devo.

Futuros planes de investigación para Finch Evo-Devo y aplicación

Los siguientes pasos consistirán en completar la validación de los genes y las redes identificadas. Se requiere financiación para continuar el estudio y, desgraciadamente, la falta de fondos hasta la fecha ha obstaculizado el progreso de la investigación.

A modo de resumen, el doctor Abzhanov concluye diciendo: «Tras la publicación en una revista científica de alto impacto, el equipo se concentrará en actividades adicionales de divulgación». Los resultados de la investigación de Finch Evo-Devo prometen tener aplicaciones significativas en el ámbito de la genética del desarrollo, no solo en relación con los pinzones.

El nuevo protocolo diseñado se encuentra en el núcleo de la genética del desarrollo y podría constituir la base de estudios sobre el desarrollo de otros organismos. «En sí, la financiación para la investigación fundamental es tan importante como para la investigación aplicada», señala el doctor Abzhanov.

Palabras clave

Finch Evo-Devo, desarrollo, embrión, pinzón de Darwin, forma del pico, transcriptoma
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