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Cambios epigenéticos podrían tener efectos limitados en la evolución a largo plazo

 

El primer inventario completo de los cambios epigenéticos durante varias generaciones muestra que estos a menudo no se conservan en el tiempo, por lo que probablemente tiene efectos limitados sobre la evolución a largo plazo. Esto de acuerdo a un artículo publicado en la revista Nature por científicos de Alemania utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana.

Cuando Charles Darwin publicó su libro sobre la evolución, la teoría de Lamarck de la transformación fue desacreditada por muchos científicos. Sin embargo, en la última década hemos aprendido que el medio ambiente puede, después de todo dejar huellas en los genomas de los animales y las plantas, en forma de las llamadas modificaciones epigenéticas. Los científicos del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania han producido el primer inventario completo de los cambios epigenéticos espontáneos que ocurren en un genoma.

Utilizando Arabidopsis thaliana, el modelo por excelencia de la genética moderna en plantas, los investigadores determinaron qué frecuencia y en qué parte del genoma ocurren estas modificaciones epigenéticas y además la frecuencia con que desaparecen estas. Interesantemente ellos encontraron que los cambios epigenéticos son de varios órdenes de magnitud más frecuentes que las mutaciones del ADN convencional, pero también a menudo de corta duración. Por lo tanto, probablemente mucho menos importante para la evolución a largo plazo de lo que se pensaba.

El equipo se centró en una de las marcas epigenéticas más importante, la metilación del ADN que se adjunta a la mayoría de las citosinas del ADN. La información genética en sí misma se mantiene intacta luego de estas modificaciones.

Para determinar la tasa y la distribución de los cambios de la metilación en el genoma, los biólogos alemanes utilizaron diez líneas de Arabidopsis. Estas líneas provenían de la misma población, pero se había propagado de forma independiente durante 30 generaciones de autofecundación. En el genoma de la última generación los científicos registraron luego las diferencias en el patrón de metilación en comparación con su antepasado común. Por lo tanto elaboraron para cada individuo un mapa completo de las citosinas metiladas en el genoma, el llamado metiloma.

Para cada línea de planta fueron capaces de mirar a unos 14 millones de citocinas metiladas. En promedio, cada planta tenía casi 3 millones de citosinas metiladas. La gran mayoría de estas eran las mismas en todas las líneas, pero un 6 por ciento había cambiado desde que las líneas se habían separado. En estas posiciones, por lo menos uno de los individuos era diferente, ya sea con la ganancia de la metilación o la perdida en relación con el antepasado. En cada una de las líneas había alrededor de 30.000 epimutaciones, es decir 1.000 veces más que las mutaciones del ADN.

Con 30.000 epimutations después de 30 generaciones, los genetistas se espera que 1.000 epimutaciones ocurrieran en cada generación. Cuando se compararon directamente los padres y sus descendientes inmediatos, se sorprendieron al encontrar que la tasa de epimutaciones fue de tres a cuatro veces mayor. Por lo que los científicos concluyeron que muchas epimutaciones no son aparentemente estables y vuelven a su estado original después de un par de generaciones.

Estos experimentos muestran que los cambios de metilación son a menudo reversibles. En otras palabras, las epimutaciones nuevas a menudo no se mantienen en el largo plazo. Sólo cuando la selección gana a lo largo de la reversión puede que estas epimutaciones afecten en la evolución. Por lo tanto una nueva epimutación para mantenerse en el tiempo debe tener una ventaja evolutiva tan fuerte que puede llegar a establecerse antes de perderse de nuevo. Debido a que las mutaciones inversas no ocurren necesariamente en la siguiente generación, sigue siendo posible que las diferencias epigenéticas contribuyen a la herencia de los caracteres entre padres e hijos o abuelos y sus nietos.

Otra diferencia con las mutaciones comunes es que epimutaciones no ocurren al azar, sino por le contrario ocurren a menudo en los mismos lugares en el genoma. Mientras que los genes podrían a menudo estar afectados de manera desproporcionada, la metilación de los elementos móviles del ADN era muy estable.

La importancia de la epigenética para la salud humana es el hecho de que algunos cambios epigenéticos pueden ser desencadenados por factores externos. Hay evidencia de que la nutrición o el vínculo entre los niños y sus padres pueden dejar huellas en el genoma que se pueden pasar a la siguiente generación. La poca estabilidad de la metilación del ADN implica, sin embargo, que tales diferencias no necesariamente duran para siempre, que probablemente no es una mala idea porque el hambre no puede durar para siempre. También significa que probablemente la alteración de la metilación del ADN con frecuencia no puede ser objeto de la selección natural.

Los resultados de los científicos del Instituto Max Planck demuestran que las diferencias epigenéticas también pueden surgir de forma espontánea, sin cambios drásticos en el medio ambiente. Después de todo, las condiciones de crecimiento en el invernadero, donde cada una de las 10 líneas se propagó, eran constantes.

¿Serán estos cambios solo un fenómeno asociado a las plantas? ¿Serán propios de las metilaciones y no de otros cambios epigenéticos?

Referencia

Claude Becker, Jörg Hagmann, Jonas Müller, Daniel Koenig, Oliver Stegle, Karsten Borgwardt, Detlef Weigel. Spontaneous epigenetic variation in the Arabidopsis thaliana methylomeNature, 2011; DOI:10.1038/nature10555

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Francisco P. Chávez Profesor Asistente, Laboratorio de Microbiología Molecular y Biotecnología Departamento de Biología Facultad de Ciencias Universidad de Chile

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Francisco P. Chávez Ph.D
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