LOS ARÁCNIDOS EN LA ERA DE LA GENÓMICA

En 1990, el gobierno de los Estados Unidos (EU), a través de sus Institutos de Salud, destinó cerca de 3,000 millones de dólares para la secuenciación, identificación y mapeo de todos los genes del genoma humano. En el año 2003, el Proyecto Genoma Humano se dio por concluido, y hoy en día estimamos que el humano posee 19,000 – 20,000 genes que codifican proteínas. Gracias a este proyecto y al avance de la tecnología actualmente es posible secuenciar genomas de otros organismos en poco tiempo y a menor costo. Estos estudios nos han permitido conocer importantes aspectos biológicos y evolutivos de diversos organismos, como la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Sin embargo, aún estamos lejos de conocer el genoma de muchos otros organismos.

Los arácnidos han recibido mayor atención últimamente. A la fecha, se conoce el genoma de siete especies: tres arañas, dos escorpiones y dos ácaros (Schwager et al. 2017). Estos estudios revelan que, sorprendentemente, las arañas y los escorpiones poseen más genes que el humano. Por ejemplo, la araña de casa más común en EU Parasteatoda trepidatorium y el alacrán de importancia médica en el sur de EU y el norte de México Centruroides sculpturatus poseen 27,990 y 30,456 genes codificantes, respectivamente (Schwager et al. 2017). Pero, ¿Qué significado tiene poseer más genes? ¿Porqué organismos más pequeños y evolutivamente más antiguos poseen un genoma más grande?

Estudios genómicos han demostrado que este incremento en genes está relacionado con algunos aspectos importantes de la biología de estos animales. Por ejemplo, el análisis del genoma del escorpión amarillo chino Mesobuthus martensii, que por cierto es uno de los más grandes reportados hasta el momento (32,016 genes codificantes), sugiere que este incremento en genes codificantes está relacionado con la producción de toxinas en el veneno y su comportamiento nocturno, entre otros aspectos (Cao et al. 2013). Otros estudios en alacranes han demostrado que poseen dos copias de cada gen Hox, y que esta duplicación es la responsable de la morfología tan distintiva de estos animales, es decir, la división del segundo segmento corporal en dos subsegmentos (Fig. 1; Sharma et al. 2014) o en términos más coloquiales, esta duplicación es responsable de la presencia de la “cola”.

Figura 1. Esquema representativo de los segmentos (en círculos) y los apéndices únicos a estos segmentos en tres ordenes de arácnidos: Opiliones (b), Arañas (c) y Alacranes (d). Las barras de colores significan los diferentes genes hox que se expresan en cada segmento corporal (prosoma vs opistosoma). (e) fotografía de un embrión de la especie Centruroides sculpturatus teñido con un colorante para reflejar la luz UV; todos los apéndices ya están desarrollados. (f) Esquema del cuerpo de un alacrán mostrando los diferentes segmentos corporales y en detalle los apéndices ventrales (g). Figura tomada en su totalidad del trabajo de Sharma et al. (2014).

Con respecto a las arañas, el estudio del genoma de Nephila clavipes ha permitido conocer los genes que son responsables de la producción de los diferentes tipos de seda y también ubicar en qué tipo de glándulas se expresan (Fig. 2; Babb et al. 2017); el genoma de Parasteatoda trepidatorium demuestra que las arañas, en conjunto con los alacranes, han sufrido una duplicación del genoma completo durante el transcurso de su evolución (Fig. 3; Schwager et al. 2017). Esta duplicación ha dado como resultado genes nuevos con nuevas funciones; entre ellas encontramos la producción de seda, veneno y morfología especializada.

Figure 2. (a) Hembra adulta de Nephila clavipes. (b) Diferentes glándulas de seda coloreadas de acuerdo al tipo de seda que producen. (c) Los diferentes tipos de sedas empleados en la construcción de la telaraña de esta especie. Figura tomada en su totalidad del trabajo de Babb et al. (2017) (Material suplementario).

Figura 3. Hipótesis donde se sugiere la duplicación a nivel genoma de las arañas y escorpiones, así como en las cacerolitas de mar (Xiphosura). Imagen del trabajo de Schwager et al. (2017).

Por el contrario, los estudios genómicos en ácaros muestran una menor cantidad de genes codificantes; sin embargo, estos genes les han permitido adaptarse a diversos ambientes. Por ejemplo, el genoma del ácaro araña Tetranychus urticae (el primer genoma secuenciado de un arácnido) incluye 18,414 genes codificantes, muestra cambios únicos en la organización del complejo de genes Hox y revela innovaciones evolutivas en la producción de seda en estos animales; además de mostrar cómo estos ácaros herbívoros responden a los cambios en el ambiente por el uso de pesticidas (Grbic et al. 2011).

Es necesario mencionar que aún existen muchas preguntas por contestar, entre ellas, ¿cuál es el origen del veneno en los arácnidos? o ¿cuál es el origen de la seda? Para responderlas, es necesario continuar estudiando genomas de más animales, pero especialmente ponerle atención a aquellos poco estudiados, como las arañas corazón (Amblypygi), vinagrillos (Thelyphonida), pseudoescorpiones (Pseudoscorpionida), ricinúlidos (Ricinulei), entre otros. Afortunadamente, hoy en día los costos para este tipo de estudios siguen disminuyendo, a la par del desarrollo de la bioinformática para el análisis de este tipo de datos, por lo que seguramente estos estudios estarán realizándose en un futuro muy cercano.

Referencias

Babb et al. 2017. The Nephila clavipes genome highlights the diversity of spider silk genes and their complex expression. Nature Genetics, 49: 895-903. Acceso libre.
Cao et al. 2013. The genome of Mesobuthus martensii reveals a unique adaptation model of arthropods. Nature Communications 4: 2602. Acceso libre.
Grbic et al. 2011. The genome of Tetranychus urticae reveals herbivorous pest adaptations. Nature, 419: 487-492. Acceso libre.
Schwager et al. 2017. The house spider genome reveals an ancient whole-genome duplication during arachnid evolution. BMC Biology, 15:6 62. Acceso libre.
Sharma et al. 2014. Hox gene duplications correlate with posterior heteronomy in scorpions. Proceedings of the Royal Society B 281: 20140661.