Hoy presentamos un artículo de José Aguilar Rodríguez y colaboradores publicado recientemente en la revista Nature Ecology & Evolution titulado (en castellano) “Mil paisajes adaptativos empíricos y su navegabilidad” (http://doi.org/10.1038/s41559-016-0045), y que forma parte de su investigación de doctorado.

Para entender bien este trabajo necesitamos familiarizarnos con dos conceptos que los biólogos evolutivos usamos con frecuencia, pero quizá no os sean muy familiares: el mapa genotipo-fenotipo y el paisaje adaptativo.

El concepto de mapa genotipo-fenotipo se usa para referirse a todo lo que sucede durante el desarrollo para traducir nuestro genotipo a nuestro fenotipo.

Nuestro genotipo está formado por todo nuestra información genética. En el genotipo tenemos tanto los genes propiamente dichos, que portan las instrucciones para sintetizar nuestras proteínas, como otras regiones encargadas de distintas funciones de regulación y mantenimiento, o sin función conocida (como ya vimos en un post anterior).

Nuestro fenotipo engloba todas nuestras características físicas y de comportamiento. Tener huesos, andar sobre dos piernas, el número de dedos en las manos, la altura, el color de los ojos, el gusto por lo dulce, o la capacidad de pensar, enamorarse o de odiar. Todo esto forma parte de nuestro fenotipo. El fenotipo depende tanto del genotipo como del ambiente donde crecemos y vivimos, en mayor o menor medida.

Por otro lado, el paisaje adaptativo es una metáfora para entender como las poblaciones evolucionan y se adaptan.

Existen distintos tipos de paisajes que se han creado a partir de la misma idea, según nuestro interés en entender la evolución de alelos concretos, del genotipo o del fenotipo. El fundamento es el mismo para todos los tipos. Se trata de un paisaje con picos y valles, donde la altura del paisaje representa el éxito evolutivo, o como de bien adaptadas están las poblaciones o entidades biológicas a su ambiente. Sobre ellos se suelen representar, como bolas, los individuos de la población que estamos estudiando. Gracias a los cambios causados por las mutaciones, las poblaciones pueden transitar o navegar este paisaje. No sin ciertas restricciones. Los movimientos de un pico a otro están impedidos por los valles, por donde los individuos de las poblaciones no pueden transitar de vuelta, debido a que supone tener menos éxito y, por tanto, perder en la competición con otros individuos. Las poblaciones quedan así atrapadas en los picos, hasta que el paisaje adaptativo cambia. Lo cual puede suceder por cualquier alteración del entorno, por ejemplo, un cambio climático o la llegada de un nuevo depredador. Pero mejor vamos a verlo en movimiento (este GIF lo he sacado de la Wiki):

visualization_of_a_population_evolving_in_a_dynamic_fitness_landscape

Volviendo al artículo que destacamos hoy. Los autores de este estudio han analizado más de 1000 paisajes adaptativo en 129 especies. El paisaje estudiado por los científicos de este estudio representa la afinidad de los sitios de unión entre ADN y proteínas reguladoras. Estos sitios de unión (secuencias de 8 nucleótidos de ADN) varían y evolucionan en su afinidad, y son muy importantes para la regulación de adecuada expresión de los genes, el cuando y el donde, es decir para establecer el mapa genotipo-fenotipo.

Los autores del artículo están interesados en entender como evolucionan estos sitios de unión al ser modificados por mutaciones. Es decir, como navegan por estos paisajes y los factores que en ello influyen. Sus resultados nos muestran como los lugares de unión proteína-ADN evolucionan incrementando su afinidad. Además la capacidad de los paisajes de ser navegados contribuye a la gran importancia que tiene la regulación de la transcripción como un mecanismo evolutivo capaz de generar variaciones y novedades evolutivas.

Como nos apunta también el autor principal del estudio: “Gracias a datos generados por otros y puestos a disposición del público, sabemos para un gran de número de factores de transcripción distintos cuáles son las secuencias nucleótidicas que estas proteínas reconocen y la fuerza de la interacción proteína-ADN. Lo novedoso con respecto a otros estudios clásicos en otros mapas genotipo-fenotipo, por ejemplo los basados en ARN, es que los datos que estamos analizando son experimentales y no derivados de modelos computacionales.” (J. Aguilar-Rodríguez, comunicación electrónica, 29 de enero de 2017).

Los que os defendeis con el inglés podeis encontrar más detalles de este trabajo en un post que han publicado los propios autores en el blog de la revista: aquí.

Artículo original: Aguilar-Rodríguez, J., Payne, J. L., & Wagner, A. (2017). A thousand empirical adaptive landscapes and their navigability. Nature Ecology & Evolution, 1, 0045.