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(Kohei Takahashi) |
Tres fenotipos sexuales en una especie de alga haploide permiten comprender la transición evolutiva hacia un sistema de apareamiento autocompatible
Durante 30 años, el profesor asociado de la Universidad de Tokio Hisayoshi Nozaki ha viajado una hora al oeste de Tokio para visitar el río Sagami y recoger muestras de algas para entender cómo los seres vivos evolucionaron con diferentes sexos. A través de nuevos análisis de muestras recogidas en 2007 y 2013 en los lagos de la presa a lo largo del río, el lago Sagami y el lago Tsukui, los investigadores identificaron una especie de algas de agua dulce que evolucionó con tres sexos diferentes, todos los cuales pueden reproducirse en parejas entre sí.
Este fenómeno de los tres sexos es ligeramente diferente del hermafroditismo. En las especies que normalmente tienen dos sexos, suele existir un individuo hermafrodita que puede producir tanto las células sexuales masculinas como las femeninas debido a una expresión genética inusual. Muchas plantas y algunas especies de invertebrados tienen tres sexos debido a una expresión genética normal, pero es la primera vez que se identifica una especie de algas u hongos con tres sexos.
Los tres sexos del alga Pleodorina starrii son masculino, femenino y un tercer sexo que los investigadores denominan bisexual en referencia al hecho de que puede producir células sexuales masculinas y femeninas en un mismo genotipo y que existe debido a la expresión normal de los genes de la especie. Estas algas son organismos de 32 o 64 células y tienen pequeñas células sexuales móviles (masculinas) y grandes inmóviles (femeninas).
"Parece muy poco común encontrar una especie con tres sexos, pero en condiciones naturales, creo que puede no ser tan raro", dijo Nozaki, el último autor del trabajo de investigación publicado en Evolution.
Los seres vivos evolutivamente antiguos tienen células sexuales de aspecto similar y conocidas como más o menos, en lugar de macho o hembra. Las especies de evolución más reciente suelen tener diferencias drásticas entre las células sexuales, como el óvulo grande y el espermatozoide pequeño de los humanos.
Nozaki y sus colegas están interesados en Pleodorina starrii porque ésta y sus primos evolutivos cercanos utilizan sistemas sexuales diferentes, por lo que son modelos útiles para estudiar la genética de cómo evolucionó el sexo. P. starrii había sido identificada hace décadas, pero no se había estudiado en detalle.
En el laboratorio, los investigadores pueden observar cómo las células verdes de P. starrii crecen en colonias esféricas con otros individuos de su sexo. Las colonias masculinas se reconocen por los paquetes transparentes de esperma que liberan en el agua. Los paquetes de esperma nadan hasta que dan con una colonia de hembras, entonces se dividen en espermatozoides individuales que entran en las células individuales de las hembras y se combinan para producir una nueva generación.
Los investigadores separan las colonias y las privan de nutrientes para obligarlas a reproducirse sexualmente. En el aislamiento, las colonias se reproducen asexualmente, formando colonias clonadas de su mismo genotipo. Las colonias aisladas de un sexo pueden mezclarse con colonias aisladas de otro sexo y la proporción de los sexos de sus crías puede ser una pista útil para que los investigadores comprendan la genética de la determinación del sexo.
En 2006, Nozaki y otros expertos de la Universidad de Tokio fueron los primeros en encontrar un gen específico del sexo masculino en P. starrii, al que llamaron OTOKOGI, palabra japonesa que significa "varonil". En 2010, hallaron un grupo de genes exclusivos de las hembras y los bautizaron como HIBOTAN, o "peonía escarlata", en honor a una franquicia cinematográfica de los años 60 en la que el personaje femenino principal tenía un tatuaje de una flor roja.
Tras un análisis genético y más pruebas de apareamiento, los investigadores llegaron a la conclusión de que P. starrii tiene un gen de "factor bisexual" que probablemente se encuentra en un cromosoma distinto de los genes sexuales OTOKOGI e HIBOTAN. Las células de P. starrii genéticamente bisexuales poseen tanto los genes OTOKOGI como los del factor bisexual, pero pueden producir colonias normales masculinas o femeninas cuando se reproducen sexualmente con otras colonias de P. starrii.
Los P. starrii genéticamente masculinos tienen sólo el gen OTOKOGI de tipo masculino y los genéticamente femeninos pueden tener sólo los genes HIBOTAN de tipo femenino o ambos genes HIBOTAN y de factor bisexual.
Se necesitan más experimentos para conocer los genes con más detalle, pero los investigadores sospechan que el factor bisexual sólo puede estar activo en presencia del OTOKOGI "masculino".
"Este hallazgo ha sido posible gracias a nuestra larga experiencia en viajes de recolección de campo y a nuestra práctica de cultivo y estudio de las algas. Los estudios continuados y a largo plazo son muy importantes para desvelar la verdadera naturaleza de las especies en el mundo natural", comentó Nozaki.
Fuentes, créditos y referencias:
Publicación de la investigación
Kohei Takahashi, Hiroko Kawai-Toyooka, Ryo Ootsuki, Takashi Hamaji, Yuki Tsuchikane, Hiroyuki Sekimoto, Tetsuya Higashiyama y Hisayoshi Nozaki. 12 de julio de 2021. Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self-compatible mating system. Evolution. DOI: 10.1111/evo.14306
https://doi.org/10.1111/evo.14306
Enlaces relacionados
Laboratorio de Origen de la Biodiversidad Eucariota (sólo en japonés): http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~tayousei/index.html
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