MICROSATÉLITES: SECRETOS EVOLUTIVOS DEL ADN

MICROSATÉLITES: SECRETOS EVOLUTIVOS DEL ADN

Luis Rodrigo Arce Valdés¹, Rosa Ana Sánchez Guillén¹, Janet Nolasco Soto¹ y Mario E. Favila².

¹ Red de Biología Evolutiva, Instituto de Ecología A. C.

² Red de Ecoetología, Instituto de Ecología A. C.

 

 

Resumen:

El ADN contiene información que es utilizada para estudiar la historia evolutiva de las especies, incluida la nuestra. Los microsatélites son regiones cortas y repetitivas dentro del ADN que se emplean precisamente para eso. Aquí describimos qué son los microsatélites y cómo se utilizan para describir la historia evolutiva del escarabajo rodador Canthon cyanellus.

 

Palabras clave:

ADN, microsatélites, evolución, escarabajos

 

El ADN o Ácido DesoxirriboNucleico es una molécula que tanto Hollywood como el reciente apogeo de divulgación científica, motivado por la pandemia del COVID-19, se han encargado de hacer famosa. Un claro ejemplo es la exitosa película de Steven Spielberg: Jurassic Park (1993), en la cual se nos muestran equipos de genetistas estudiando el ADN de dinosaurios para así regresarlos a la vida. En la película se nos explica que esta molécula, preservada en ámbar fósil contiene la información de cómo reconstruir estos animales prehistóricos. Pero ¿qué es el ADN? ¿cómo puede contener la información requerida por un ser vivo? y ¿cómo es estudiado en la vida real?

 

 

El ADN es la molécula que transmite la información genética que determina nuestras características morfológicas y fisiológicas. Esta molécula se encuentra dentro de cada célula, y su estructura semeja dos hélices que están constituidas a su vez de otras moléculas más pequeñas. Estás últimas reciben el nombre de nucleótidos y pueden ser de cuatro tipos Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) y Citosina (C). Los nucleótidos se ordenan de forma distinta a lo largo de las dos hélices del ADN, y es este particular orden lo que almacena la información hereditaria de cada organismo (Figura 1). Como ocurre con las letras del alfabeto que al ordenarse de forma distinta forman infinidad de escritos y libros, los nucleótidos hacen lo mismo para formar la información genética de cada ser vivo. Así cada organismo es diferente entre sí: las plantas de los animales; los perros de los gatos y hasta cada uno de nosotros como personas.

Muchos científicos se ocupan de estudiar regiones del ADN conocidas como genes. Los genes son fracciones del ADN que tienen la información para formar proteínas. Las proteínas a su vez son lo que forman todos los tejidos de los seres vivos. Sin embargo, hay regiones del ADN que no codifican proteínas. La principal función de estas regiones es la de regular la expresión de los genes. Dentro de estas regiones el ADN en ocasiones forma patrones raros tales como: AGAGAGAGAGAGAGAGA o CATCATCATCATCATCATCAT. Estos patrones de repeticiones, AG para el primero y de CAT para el segundo, reciben el nombre de microsatélites y se han usado para entender cómo evolucionan las especies. Es decir, como cambian los seres vivos con el paso del tiempo.

Los microsatélites pueden utilizarse de forma equivalente a como nosotros usamos los apellidos. Los apellidos identifican a nuestros ancestros, el linaje al que pertenecemos, y funcionan como un registro que nos conecta de forma legal con nuestros padres, abuelos, bisabuelos, y demás ascendentes. Para estudiar la evolución los científicos se interesan en los microsatélites porque brindan la misma información que los apellidos para los otros seres vivos: identifican a los organismos que pertenecen a la misma familia o linaje. Cada linaje, o conjunto de ancestros – descendientes comparten la misma secuencia en los microsatélites, y como en los apellidos cada organismo posee dos: uno heredado de su mamá y otro heredado de su papá. Mientras los apellidos de una persona pueden ser Valdés y Arriaga, los de un escarabajo, por ejemplo, pueden ser GATGATGAT y GATGATGATGAT. Nótese como, para este microsatélite en específico la unidad de repetición es la misma GAT, pero el número de repeticiones cambia entre los dos alelos, el primero posee tres y el segundo cuatro. Pero ¿Cómo sabemos cuáles son los alelos que poseen las plantas o los animales? ¿Y para qué se usan? ¿Qué nos dicen de la evolución? Para abordar esas preguntas lo ejemplificaremos con el caso del escarabajo Canthon cyanellus (Figura 2).

 

 

Canthon cyanellus es un escarabajo con amplia distribución en la región tropical de América, que va desde el norte de Brasil hasta Texas, teniendo importante presencia en algunos estados de México como son: Chiapas, Guerrero, Jalisco, Tamaulipas, Oaxaca y Veracruz. A lo largo de su distribución geográfica C. cyanellus presenta variación en su coloración corporal, en la forma de la genitalia masculina llamada edeago, e incluso en su conducta (Figura 3). Lo que ha llevado a pensar que posiblemente, lo que actualmente se conoce como C. cyanellus sea más bien distintas especies a lo largo de su distribución geográfica. Para saber si este es el caso se decidió buscar y caracterizar regiones microsatélites del ADN de estos escarabajos colectados en diferentes localidades de México.

 

 

Empleando reactivos especiales obtuvimos su ADN. Posteriormente, usando un aparato llamado bioruptor que emite altas vibraciones sonoras se hizo vibrar el ADN para romperlo en pequeños fragmentos. Estos fragmentos fueron procesados por un secuenciador que tiene la capacidad de identificar la secuencia de nucleótidos que componen a los millones de fragmentos de ADN que obtuvimos. El secuenciador genera un archivo con el cual mediante análisis informáticos encontramos fragmentos que contuvieran las repeticiones típicas de los microsatélites. Tras encontrar los microsatélites en C. cyanellus, estandarizamos un método para poder genotipar, es decir, identificar los alelos que posee cada escarabajo.

En la primera parte de nuestro estudio estandarizamos la prueba de PCR para los 14 microsatélites más informativos en C. cyanellus, es decir; aquellos que presentaron variación en el tamaño y número de alelos (Figura 4). Ahora, usaremos esta prueba para genotipar muestras de ADN de escarabajos de esta especie de diferentes localidades de México. Esperamos que este estudio nos permita saber si estamos ante nuevas especies que anteriormente habían sido clasificadas como una sola. Finalmente, conocer con detalle la diversidad genética y el conjunto de linajes o especies que conforman a C. cyanellus permitirá tomar decisiones adecuadas para su conservación.

 

 

Pies de figuras

Figura 1. El ADN se compone de cuatro nucleótidos cuyo orden determina las características de todos los seres vivos. Para estudiar al ADN se obtienen secuencias en las que cada color representa un nucleótido diferente Adenina (A: color verde), Guanina (G: color negro), Timina (T: color rojo) y Citosina (C: color azul). Modificado de: http://sandovalawesomescience.blogspot.com/2013/02/structure-of-dna.html

Figura 2. El escarabajo rodador Canton cyanellus. Crédito: Alfonso Díaz Rojas.

Figura 3. Detalle de la anatomía y coloración de Canthon cyanellus. Crédito: Mario E. Favila Castillo.

Figura 4. Resultados del método de PCR. Cada banda amarilla es un microsatélite distinto de un escarabajo. La posición vertical de cada banda es relativa al número de repeticiones que tiene el microsatélite. La columna de en medio sirve como una regla para conocer el tamaño de los microsatélites pues la diferencia entre cada banda es de 100 nucleótidos. Crédito: Luis Rodrigo Arce Valdés.

 

Referencia

Arce-Valdés, L.R., Sánchez-Guillén, R.A., Nolasco-Soto, J. y Favila, M. E. 2021. Next-generation sequencing, isolation and characterization of 14 microsatellite loci of Canthon cyanellus (Coleoptera: Scarabaeidae). Molecular Biology Reports. https://doi.org/10.1007/s11033-021-06761-8