Una recerca de l’Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva (ICBiBE-UV) i de l’Institut de Biologia Integrativa de Sistemes (I2SysBio), centre mixt CSIC-UV, ha descrit el genoma de 'Tremblaya phenacola', un bacteri present a l’interior de cotonet, insecte paràsit de la buguenvíl·lia. El fenomen inèdit és que aquest genoma està format per la fusió de l’ADN de dos tipus bacterians molt allunyats filogenèticament.
La investigació, publicada en la revista The ISME Journal, ofereix noves perspectives sobre la recerca en l’evolució de la simbiosi entre bacteris i insectes.
Rosario Gil, Carlos Vargas, Sergio López, Diego Santos, Amparo Latorre i Andrés Moya conformen l’equip de recerca que ha definit aquest primer genoma quimèric, és a dir, un collage de gens amb orígens diferents. Es tracta d’un fenomen inèdit que ressalta l’enorme plasticitat dels genomes i la dificultat en la definició d’espècie biològica en procariotes (organismes unicel·lulars).
Molts insectes tenen cèl·lules especials dins de les quals viuen bacteris, els quals reben el nom d’endosimbionts. Allí fabriquen per a l’hoste vitamines i aminoàcids que no són presents en la dieta en prou quantitat per a sobreviure. Milions d’anys d’evolució conjunta han fet que aquests bacteris hagen reduït tant el seu genoma que no poden viure lliures. En trobar-se dins les cèl·lules de l’insecte, no intercanvien material genètic amb altres bacteris (fenomen anomenat transferència gènica horitzontal). Si el genoma es redueix tant que ja no poden fer la seua funció, són reemplaçats per un altre bacteri que sí que puga fer-ho.
“Els últims anys s’ha vist que, amb bastant freqüència, no hi ha una espècie de bacteris endosimbionts, sinó dues que estableixen un consorci i es complementen. Cadascuna ha perdut part d’algunes rutes metabòliques essencials per mantenir l’hoste, però totes dues juntes segueixen fent la feina. Normalment cada espècie bacteriana viu en cèl·lules diferents de l’hoste. Tampoc no intercanvien gens, només metabòlits. Utilitzen la complementació com a alternativa al reemplaçament”, explica Rosario Gil, professora i membre del Grup de Genètica Evolutiva de la Universitat de València.
En alguns tipus de cotonet, com ara el dels cítrics, els dos membres del consorci bacterià presenten una sorprenent distribució: viuen un dins de l’altre (simbiosi niuada), segons la investigadora. Però no tots els cotonets mantenen un consorci bacterià. En una subfamília germana, a la qual pertanyen cotonets originaris del Perú i de Madeira, un sol simbiont (un betaproteobacteri) subministra nutrients essencials al seu hoste.
Sorprenentment, en un treball previ, l’equip de recerca ja va trobar en l’endosimbiont d’aquests dos cotonets un gen d’un altre tipus bacterià (d’un gammaproteobacteri) molt diferent al simbiont original, fet que els va dur a qüestionar-se si es tractava d’un cas excepcional de transferència gènica horitzontal en endosimbionts.
Per contra, amb la seqüenciació del genoma del simbiont de Phenacoccus peruvianus (el cotonet de la buguenvíl·lia) el grup ha trobat que el fenomen no afecta només un o uns pocs gens, sinó la meitat del genoma. Aquest descobriment ha dut l’equip a concloure que en algun moment l’ancestre d’aquest cotonet ha tingut les dues espècies bacterianes i que s’han fusionat els genomes per donar lloc a un nou organisme.
Dóna suport a aquesta teoria el fet, sense precedents, que els gens de cadascun dels dos orígens no estan repetits, sinó que cada part del genoma complementa l’altra. “Si la doble endosimbiosi niuada és un fenomen estrany, aquest encara ho és més. Complementació, sí, però no entre dos bacteris, sinó entre dos genomes fusionats per donar una quimera”, conclou Rosario Gil.
Recerca
Aquesta recerca forma part d’un projecte més ampli per estudiar les interaccions exosimbiòtiques i endosimbiòtiques en insectes, des del punt de vista de la biologia de sistemes, i té el suport de la Generalitat Valenciana i del Ministeri d’Economia, Indústria i Competitivitat (MINECO).
Grup de recerca
El grup de recerca de Genètica Evolutiva està integrat en el Programa de Biologia Evolutiva de Sistemes Endosymbionts del I2SysBio. Té com a objectiu analitzar els mecanismes mitjançant els quals els organismes aconsegueixen un grau alt d’integració metabòlica i genètica amb els seus hostes durant el procés de simbiosi mutualista. Els models experimentals que utilitza el grup són diversos insectes (pugons, corcons, cotonets, formigues i panderoles), els seus bacteris endosimbionts i la seua microbiota intestinal.
Article:
Rosario Gil, Carlos Vargas-Chavez, Sergio López-Madrigal, Diego Santos-García, Amparo Latorre and Andrés Moya. «Tremblaya phenacola PPER: an evolutionary beta-gammaproteobacterium collage». The ISME Journal (2017), 1– 12. doi:10.1038/ismej.2017.144.
Link: http://rdcu.be/vTgH
Images:
