27/10/2017

Descubren un collage de genes en una bacteria de la buganvilla

Una investigación del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva (ICBiBE-UV) y del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto CSIC-UV, ha descrito el genoma de Tremblaya phenacola, una bacteria presente en el interior de cotonet, insecto parásito de la buganvilla.



AUTOR: UV

BuganvillaEl fenómeno inédito consiste en que este genoma está formado por la fusión del ADN de dos tipos bacterianos muy alejados filogenéticamente.

 

La investigación, publicada en la revista The ISME Journal, ofrece nuevas perspectivas sobre la investigación en la evolución de la simbiosis entre bacterias e insectos.

 

Rosario Gil, Carlos Vargas, Sergio López, Diego Santos, Amparo Latorre y Andrés Moya conforman el equipo de investigación que ha definido este primer genoma quimérico, es decir, un collage de genes con orígenes diferentes. Se trata de un fenómeno inédito que resalta la enorme plasticidad de los genomas y la dificultad en la definición de especie biológica en procariontes (organismos unicelulares).

 

Muchos insectos tienen células especiales dentro de las que viven bacterias, las cuales reciben el nombre de endosimbiontes. Allí fabrican para el huésped vitaminas y aminoácidos que no están presentes en la dieta en suficiente cantidad para sobrevivir. Millones de años de evolución conjunta han provocado que estas bacterias hayan reducido tanto su genoma que no pueden vivir libres.

 

Al encontrarse dentro de las células del insecto, no intercambian material genético con otras bacterias (fenómeno denominado transferencia génica horizontal). Si el genoma se reduce tanto que ya no pueden hacer su función, son reemplazados por otra bacteria que sí puede hacerlo.

 

“Los últimos años se ha visto que, con bastante frecuencia, no hay una especie de bacterias endosimbiontes, sino dos que establecen un consorcio y se complementan. Cada una ha perdido parte de algunas rutas metabólicas esenciales para mantener al huésped, pero las dos juntas siguen haciendo el trabajo. Normalmente cada especie bacteriana vive en células diferentes del huésped. Tampoco intercambian nada, solo metabolitos. Utilizan la complementación como alternativa al reemplazo”, explica Rosario Gil, profesora y miembro del Grupo de Genética Evolutiva de la Universitat de València.

 

En algunos tipos de cotonet, como por ejemplo el de los cítricos, los dos miembros del consorcio bacteriano presentan una sorprendente distribución: viven uno dentro del otro (simbiosis nidada), según la investigadora. Pero no todos los cotonets mantienen un consorcio bacteriano. En una subfamilia hermana, a la cual pertenecen cotonets originarios de Perú y de Madeira, un solo simbionte (una betaproteobacteria) suministra nutrientes esenciales a su huésped.

 

Sorprendentemente, en un trabajo previo, el equipo de investigación ya encontró en el endosimbionte de estos dos cotonets un gen de otro tipo bacteriano (de una gamaproteobacteria) muy diferente al simbionte original, hecho que los llevó a cuestionarse si se trataba de un caso excepcional de transferencia génica horizontal en endosimbiontes.

 

Por el contrario, con la secuenciación del genoma del simbionte de Phenacoccus peruvianus (el cotonet de la buganvilla) el grupo ha visto que el fenómeno no afecta solo a uno o a unos pocos genes, sino a la mitad del genoma. Este descubrimiento ha llevado al equipo a concluir que en algún momento el ancestro de este cotonet ha tenido las dos especies bacterianas y se han fusionado los genomas para dar lugar a un nuevo organismo.

 

Esta teoría se apoya en el hecho, sin precedentes, de que los genes de cada uno de los dos orígenes no están repetidos, sino que cada parte del genoma complementa a la otra. “Si la doble endosimbiosis nidada es un fenómeno extraño, este todavía lo es más. Complementación, sí, pero no entre dos bacterias, sino entre dos genomas fusionados para dar una quimera”, concluye Rosario Gil.

Investigación

 

Esta investigación forma parte de un proyecto más amplio para estudiar las interacciones exosimbióticas y endosimbióticas en insectos, desde el punto de vista de la biología de sistemas, y tiene el apoyo de la Generalitat Valenciana y del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO).

 

Grupo de investigación

El grupo de investigación de Genética Evolutiva está integrado en el Programa de Biología Evolutiva de Sistemas Endosymbionts del Y2SysBio. Tiene como objetivo analizar los mecanismos mediante los cuales los organismos consiguen un alto grado de integración metabólica y genética con sus huéspedes durante el proceso de simbiosis mutualista.

 

Los modelos experimentales que utiliza el grupo son varios insectos (pulgones, carcoma, cotonet, hormigas y cucarachas), sus bacterias endosimbiontes y su microbiota intestinal.

 

Referencia bibliográfica

 

 

Rosario Gil, Carlos Vargas-Chavez, Sergio López-Madrigal, Diego Santos-García, Amparo Latorre and Andrés Moya. Tremblaya phenacola PPER: an evolutionary beta-gammaproteobacterium collage. The ISME Journal (2017), 1– 12. doi:10.1038/ismej.2017.144. 





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