El ojo de la mosca mantiene un núcleo genético común tras 90 millones de años de deriva evolutiva

Un equipo del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, la Universidad Pablo de Olavide y la Junta de Andalucía, ha comparado los mecanismos que controlan la formación del ojo en dos especies de moscas que distan 90 millones de años entre sí: Drosophila melanogaster, la mosca del vinagre, y Epysirphus balteatus, la mosca de la mermelada. La comparación revela tanto la existencia de un núcleo de genes común a ambas especies como una gran variación en los elementos del genoma que controlan la expresión de esos genes a lo largo de este tiempo evolutivo.

“Lo que hemos visto es que las ‘herramientas’ para la construcción de los ojos en ambas especies se han conservado, pero las ‘instrucciones’ para su uso han variado considerablemente. Esto nos indica que la conservación de la función no exige conservar exactamente la misma arquitectura reguladora: la red puede ‘recablearse’ mucho sin perder su lógica principal”, resume Fernando Casares, investigador del CSIC en el CABD y autor sénior del estudio.  “De hecho, lo que pensamos es que posiblemente sea este fenómeno, que llamamos ‘fluidez reguladora’, lo que permite la evolución”, apostilla.

Epirsyphus balteatus sobre una flor de eurfobia / CSIC

El hallazgo, publicado en PLOS Genetics, permite comprender mejor cómo se forma el ojo compuesto, el más común en la naturaleza (presente en los grupos animales más diversos y numerosos de la tierra, los crustáceos y sus parientes terrestres, los insectos). Además, arroja luz sobre cómo la evolución modifica los mecanismos de construcción de órganos complejos y amplía la comprensión sobre las reglas que rigen la formación de los órganos durante el desarrollo embrionario.

Un núcleo genético común

Hasta ahora, Drosophila era el gran modelo de referencia para estudiar el ojo compuesto en insectos, pero no estaba claro hasta qué punto su red reguladora génica era representativa del resto del grupo.

Al compararla con Episyrphus, una mosca cuya línea genealógica divergió de la de Drosophila hace 90 millones de años, los investigadores han podido comprobar que, aunque existen diferencias, todavía comparten un núcleo un núcleo genético común conservado durante todo este tiempo.

En concreto, los resultados muestran un núcleo central de 106 genes asociados al desarrollo del ojo comunes a ambas especies, incluyendo 22 factores de transcripción (proteínas que se unen al ADN y activan o frenan la producción de proteínas a partir de otros genes).

“Con este estudio hemos multiplicado casi por diez el número de genes conocidos esenciales en la formación del ojo compuesto. Pero, sobre todo, hemos reconstruido la red reguladora génica del ojo para cada especie —es decir, el conjunto de relaciones que explica cómo unos genes controlan a otros durante el desarrollo este órgano. Y esto nos permite una mayor comprensión de los mecanismos con los que la naturaleza genera las diferentes formas y funciones de los órganos”, añade Tomás Navarro, primer autor del trabajo e investigador del grupo.

‘Fluidez reguladora’, la receta para una evolución exitosa

Al mismo tiempo, el trabajo revela que, a pesar de este núcleo común, muchas de las conexiones que regulan la expresión de estos genes difieren entre las dos especies. Es lo que los investigadores llaman “fluidez reguladora”, la demostración de que la naturaleza puede reconfigurar drásticamente el circuito genético interno de un organismo sin alterar el resultado anatómico final, garantizando que el ojo se forme correctamente a pesar de las mutaciones acumuladas a lo largo de milenios.

En este sentido, el estudio es una constatación empírica de que, en los procesos evolutivos, existe una separación entre conservación funcional y conservación estructural exacta. Es decir, que un órgano (en este caso el ojo) se sigue construyendo correctamente porque se mantiene un conjunto de reguladores clave, pero la forma concreta en que esos reguladores se conectan entre sí puede variar mucho.

“Nuestro trabajo es un ejemplo de que la evolución de órganos complejos puede entenderse mejor si no se mira solo qué genes hay, sino cómo se conectan y cómo cambia esa conectividad”, concluye Casares.