Mesuren per primer cop l’avantatge evolutiu de la recombinació genètica en el genoma / UAB
El grup de recerca Bioinformàtica de la Diversitat Genòmica de la Universitat Autònoma de Barcelona en col·laboració amb investigadors de les Universitats de Sussex i Edimburg han pogut quantificar un dels fenòmens més importants però al seu torn més difícils de mesurar en evolució molecular: l’efecte de la recombinació genètica (o la seva absència) en la capacitat d’adaptació d’una espècie. El treball sortirà publicat el mes de gener a la revista Molecular Biology and Evolution.
S’ha teoritzat molt sobre el paper evolutiu de la recombinació genètica, l’intercanvi de material genètic parental que dóna lloc a noves combinacions genètiques en la descendència. La recombinació és un fenomen pràcticament universal en els éssers vius. En els organismes sexuals la recombinació es produeix durant el procés de meiosi que dóna lloc a les cèl·lules sexuals, i mantenir aquest sofisticat mecanisme que sistematitza la recombinació a tot el genoma és la raó que se sol adduir per explicar la preponderància del sexe. Però en què consisteix l’avantatge de la recombinació? En aquest treball es demostra que la recombinació genètica facilita l’adaptació i s’estima per primera vegada el cost evolutiu que té la seva absència o disminució en un genoma.
El destí d’una nova mutació en un genoma ve condicionat no només per l’avantatge o desavantatge adaptatiu que atorga la mutació al seu portador, sinó també pel context cromosòmic en què apareix. Si una nova mutació seleccionada es troba envoltada d’altres també sotmeses a selecció, aquestes mutacions interferiran entre elles (competiran) al no segregar independentment entre si, de manera que la selecció conjunta serà menys eficient que si actués la selecció sobre cada mutació per separat. Aquest cost del lligament, anomenat també interferència Hill-Robertson en honor als seus descobridors, resulta en una disminució de l’eficiència de la selecció natural quan actua simultàniament sobre diversos llocs lligats.
En un treball previ publicat a la revista Nature els autors van traçar el primer mapa d’alta resolució de la selecció natural d’un genoma i van demostrar que la selecció natural és ubiqua en el genoma de l’espècie model de la genètica, la mosca de la fruita Drosophila melanogaster. Una implicació d’aquesta troballa és que en qualsevol moment hi haurà variants genètiques lligades, sotmeses simultàniament a la selecció en el genoma i per tant la selecció serà subòptima a causa del cost del lligament. Com provar l’existència real d’aquest cost i encara més, com mesurar-ho?
Si el cost del lligament existeix, allà on la recombinació sigui baixa hi haurà major densitat de variants selectives que no segreguen lliurement, disminuint l’eficiència de la selecció i per tant la taxa d’adaptació. Contràriament, les regions de major recombinació presentaran taxes d’adaptació superiors. El primer objectiu del treball va ser provar si efectivament les regions amb major taxa de recombinació experimentaven una major taxa d’adaptació genòmica. Per a la mesura de l’adaptació genòmica es van utilitzar sofisticats mètodes estadístics de genètica de poblacions aplicats a dades de variació genòmica. Els resultats van mostrar una correlació molt positiva entre recombinació i adaptació, corroborant l’existència del cost del lligament en el genoma.
La sorpresa va venir quan es va observar que la relació inicialment lineal entre la recombinació i l’adaptació convergia cap a un llindar asimptòtic a partir de valors de recombinació igual o superior a 2 cM / Mb (centimorgans per megabase, vegeu la figura). Aquesta asímptota indica que hi ha un valor llindar de recombinació a partir del qual l’adaptació genòmica arriba a un màxim.
L’existència d’aquest llindar té dues conseqüències importants: (1) el cost del lligament desapareix a partir d’un valor de recombinació, és a dir, les mutacions seleccionades actuen com si en la pràctica segreguessin independentment. Una taxa de recombinació infinita no augmentaria la taxa adaptativa del genoma més que un valor de recombinació de 2 cM / Mb (la recombinació llindar estimada). (2) La asímptota defineix un sostre òptim a la taxa d’adaptació d’un genoma, el seu valor és una estimació de la taxa d’adaptació òptima, en absència de cost de lligament.
En tenir delimitada la situació òptima, és possible estimar el cost del lligament d’un genoma mitjançant la diferència entre la regió ratllada de la figura, l’àrea màxima (que suposa que la tota selecció és òptima) i la real mesura en el genoma (regió sota la corba de la figura). Mitjançant aquesta tècnica, els investigadors han determinat que l’àrea ratllada, el cost del lligament, és un 27% de l’àrea total. És a dir, el genoma de D. melanogaster té una taxa d’adaptació que es troba un 27% per sota de la taxa d’adaptació òptima, la que tindria si els efectes de les mutacions no interferissin entre ells.
En aquest treball també s’han estudiat altres determinants genòmics com són la taxa de mutació i la densitat gènica sobre la taxa d’adaptació genòmica.
L’era genòmica ha subministrat un dels exemples més sorprenents del poder de la selecció natural, permetent detectar les empremtes característiques que la selecció natural deixa en el genoma. En aquest treball es fa un pas addicional en la mesura de selecció natural a nivell nucleotídic, gènic o genòmic, ja que s’aborda com el context genòmic, sigui la taxa actual de recombinació o la taxa de mutació, condicionen l’eficiència de la selecció natural. L’actual era de la genòmica de poblacions promet revelar finalment quina és la veritable naturalesa de la variació genètica.♦
Referència de l’article: Castellà, D., M. Coronado-Zamora, JL. Camps, A. Barbadilla, A. Eyre-Walker. 2015. Adaptive evolution is substantially impeded by Hill-Robertson interference in Drosophila. Molecular Biology and Evolution. doi: 10.1093 / molbev / msv236
IMATGE:Grup Bioinformàtica de la Diversitat Genòmica. D’esquerra a dreta Sergi Hervás, Sònia Casillas, Marta Coronado, Isaac Noguera, David Castellà (primer autor del treball) i Antonio Barbadilla (investigador principal).♦
