Sección 3. Información genética

Conservación y evolución en los genes del desarrollo

La morfología final de un organismo es el resultado de la ejecución de su programa genético de desarrollo §. Los cambios en la morfología que vemos en distintas especies se deben a cambios en ese programa de desarrollo. Entender la genética del desarrollo significa dar luz a una de las áreas más intrigantes de la biología evolutiva que plantea numerosos interrogantes: ¿Cómo surgieron las diferentes estructuras anatómicas que vemos hoy? ¿Qué cambios en el desarrollo pueden hacer que un miembro crezca como una pata y no como una aleta? ¿Qué genes § sufrieron mutaciones § o qué relaciones entre genes se modificaron en el curso de la evolución § y dieron lugar a un ala, una mandíbula o un ojo? La investigación de la evolución a nivel morfológico ha tenido un enorme impulso por parte de la genética del desarrollo en los últimos años; una de sus metas más ambiciosas es entender el surgimiento de las llamadas novedades anatómicas.

La organización jerárquica de los programas genéticos de desarrollo es sumamente atractiva en el sentido que sugiere que mutaciones puntuales pueden conducir a reordenamientos profundos del plan anatómico de un organismo. Es suficiente con que mute un gen regulador maestro en lo alto de la jerarquía para que una multitud de genes subalternos modifique su acción. Las mutaciones homeóticas fueron siempre favoritas entre los biólogos por su posible efecto pleiotrópico § sobre muchos otros genes. Para establecer cómo han cambiado los programas genéticos en el curso de la evolución, es necesario realizar estudios comparativos de esos programas en distintos organismos. Esta tarea no es sencilla, por el simple hecho de que, para entender el programa genético es necesario estudiar cientos de genes, y el estudio de cada uno de ellos requiere un enorme esfuerzo. Esta es la razón por la cual sólo unos pocos organismos son conocidos con cierto detalle a nivel genético. Afortunadamente, la biología molecular nos da una mano allí donde la genética encuentra su límite.

Uno de los primeros estudios del desarrollo a nivel molecular, ahora paradigmático, fue el realizado a principios de la década de 1980. Se sabía entonces que los selectores homeóticos se encontraban agrupados en paquetes en un cromosoma de Drosophila.

Mediante hibridaciones con sondas moleculares, los investigadores encontraron una corta secuencia de DNA § que se repetía, casi sin variación en todos los selectores homeóticos; la llamaron homeobox §. Se descubrió más tarde que el homeobox expresa una secuencia de aminoácidos § capaz de unirse al DNA y así regular la transcripción §.

No sólo todos los animales contienen gran variedad de genes con secuencias homeobox, sino que todos ellos tienen selectores homeóticos. Los estudios genéticos en ratón, el gusano C. elegans, e insectos demuestra que la función de los selectores homeóticos de establecer regiones en el eje antero-posterior está fabulosamente conservada a lo largo de la evolución.

Si muchos de los genes que componen los programas genéticos son los mismos en distintas especies, ¿qué hace diferentes a estos programas de manera que produzcan formas tan disímiles? En primer lugar, el hecho de que muchos genes estén conservados no significa que todos los estén. En segundo lugar, hay evidencias que parecen indicar que las diferencias entre los programas genéticos de desarrollo no yacen fundamentalmente en los elementos de esos programas (los genes) sino en cómo éstos interactúan unos con otros. Un factor clave parece ser cuándo y dónde se expresan los genes del desarrollo. Por ejemplo, todos los artrópodos tienen los mismos ocho selectores homeóticos, pero los crustáceos y los insectos difieren en cuanto a cuáles y cuántos segmentos expresan determinados selectores homeóticos. Es posible que buena parte de la evolución morfológica, cuyo resultado es la variedad de formas que vemos a nuestro alrededor, sea el resultado de mutaciones en las regiones promotoras (regulatorias) de los genes y no en los genes mismos.

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