La secuenciación del genoma del pulpo revela la complejidad de este molusco

Científicos de EE UU y Japón han realizado el primer análisis del genoma completo de un pulpo, el primero de un cefalópodo. La secuenciación de su ADN arroja luz sobre la evolución y la biología de estos moluscos marinos de ocho brazos, de características genómicas únicas.

SINC | | 12 agosto 2015 19:00

Un joven pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides) se aferra a las paredes de su acuario con sus brazos. / Michael LaBarbera

Los cefalópodos son los invertebrados más inteligentes. Tienen grandes cerebros, altamente desarrollados, y han demostrado una gran capacidad de resolución de problemas complejos y de aprendizaje de comportamientos.

Ahora, un equipo internacional de científicos de la Universidad de Chicago, la Universidad de California en Berkeley (EE UU) y el Instituto de Okinawa de Ciencia y Tecnología (Japón) han secuenciado el genoma del pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides). Se trata del primer cefalópodo en ser totalmente secuenciado. Los resultados se publican en la revista Nature.

Portada de la revista 'Nature'

"El pulpo parece ser completamente diferente de todos los demás animales, incluso de otros moluscos, con sus ocho brazos, su gran cerebro y su capacidad de resolución de problemas inteligentes", dice Clifton Ragsdale, coautor del estudio y profesor asociado en los departamentos de Neurobiología y Biología de Organismos y Anatomía de la Universidad de Chicago. "El zoólogo británico Martin Wells dijo que el pulpo es un alien. En este sentido, nuestro trabajo describe el primer genoma secuenciado de un alien", añade.

El primer análisis del genoma completo de un pulpo revela características genómicas únicas en estos moluscos, que probablemente desempeñan un papel clave en la evolución de rasgos como su capacidad de camuflaje adaptativo y su sistema nervioso complejo.

"El zoólogo británico Martin Wells dijo que el pulpo es un 'alien'. En este sentido, describimos el primer genoma secuenciado de un 'alien'", dice Clifton Ragsdale

Los investigadores asignaron perfiles de expresión genética en 12 tejidos diferentes y descubrieron además diferencias notables con otros invertebrados, incluyendo reordenamientos genómicos generalizados y una gran expansión de una familia de genes implicados en el desarrollo neuronal, que se pensaba que era exclusiva de los vertebrados. También se han identificado cientos de genes específicos de los pulpos, muchos expresados en estructuras como el cerebro, la piel y las ventosas.

Según sus autores, este trabajo sirve como base para posteriores estudios evolutivos e investigaciones más profundas sobre los mecanismos genéticos y moleculares que subyacen de forma específica en los cefalópodos.

Una historia de más de 500 millones de años

Los pulpos, junto con los calamares, las sepias y los nautilos, son cefalópodos, una clase de moluscos depredadores con una historia evolutiva que abarca más de 500 millones de años (mucho antes de que las plantas se trasladaran a la tierra). Habitan todos los océanos a diversas profundidades y poseen adaptaciones únicas, como brazos prensiles alineados con ventosas quimiosensoriales. Además, poseen la capacidad de regenerar sus extremidades complejas, ojos como los vertebrados y un sistema de camuflaje sofisticado.

Para el estudio de la genética de estos rasgos especializados, Ragsdale y su equipo secuenciaron el genoma de los pulpos con un alto nivel de cobertura, es decir, en promedio, cada par de bases fue secuenciado 60 veces.

Cerebro de corto alcance

El equipo estima que el genoma de Octopus bimaculoides tiene unos 2,7 mil millones de pares de bases, con numerosos tramos largos de secuencias repetidas. Se identificaron más de 33.000 genes codificadores de proteínas, lo que hace que el genoma del pulpo sea un poco más pequeño en tamaño que el genoma humano, pero con más genes.

El genoma del pulpo es un poco más pequeño en tamaño que el genoma humano, pero con más genes

El gran tamaño del genoma del pulpo se atribuyó inicialmente a eventos de duplicación de todo el genoma durante su evolución, que puede conducir a un aumento de la diversidad y la complejidad genómica. Sin embargo, los científicos no encontraron ninguna evidencia de duplicaciones.

Por lo tanto, es probable que la evolución del genoma pulpo estuviera impulsada por la aparición de nuevos genes y la expansión de unas pocas familias de genes específicos. La más notable sería en las protocadherina (Pcdhs), una familia de genes que regulan las interacciones neuronales de desarrollo y de corto alcance entre las neuronas.

El genoma del pulpo contiene 168 genes de este tipo, 10 veces más que otros invertebrados, y más del doble que los mamíferos. Hasta ahora se pensaba que solo los vertebrados poseían numerosos y diversos genes de las protocadherinas.

La hipótesis de los científicos es que como las neuronas de los cefalópodos carecen de mielina y no funcionan bien a través de largas distancias, estas protocadherinas fueron esenciales en la evolución del sistema nervioso de los pulpos cuya complejidad depende de las interacciones de corto alcance.

Reorganización genómica de su ADN

Este genoma se enriquece en transposones, también conocidos como ‘genes saltarines’, que pueden reorganizarse a sí mismos

Una característica única del genoma pulpo parece ser la reordenación genómica generalizada. En la mayoría de las especies, las cohortes específicas de genes tienden a estar muy juntas en el cromosoma. Sin embargo, la mayoría de los genes de pulpo no muestran este tipo de conexiones.

Los genes Hox –un grupo que participa en el desarrollo de los organismos– controlan el desarrollo corporal y están agrupados en casi todos los animales. En los pulpos, por el contrario, estos genes se encuentran dispersos por todo el genoma sin vínculos aparentes.

El genoma del pulpo se enriquece en transposones, también conocidos como ‘genes saltarines’, que pueden reorganizarse a sí mismos en el genoma. Aunque su papel en los pulpos no es claro, el equipo encontró una expresión elevada de transposón en los tejidos neuronales.

"Con algunas notables excepciones, el pulpo tiene básicamente un genoma de un invertebrado normal que ha sido completamente reorganizado, como si se hubieran puesto en una licuadora y mezclado", explica Caroline Albertin, coautora de la investigación y estudiante graduada en el departamento de Biología de Organismos y Anatomía de la Universidad de Chicago. "Esto hace que los genes se coloquen en nuevos ambientes genómicos, con diferentes elementos reguladores, un hallazgo totalmente inesperado".

Referencia bibliográfica:

Caroline B. Albertin1, Oleg Simakov, Therese Mitros , Z. Yan Wang , Judit R. Pungor, Eric Edsinger-Gonzales, Sydney Brenner, Clifton W. Ragsdale y Daniel S. Rokhsar. "The octopus genome and the evolution of cephalopod neural and morphological novelties," Nature 524: 220 -224. 12 de agosto de 2015. doi:10.1038/nature14668