Desentrañando la Historia de la Vida: Genómica Comparada
Emanuel Villafán de la Torre
Resumen:
La diversidad de vida en la Tierra es el resultado de un proceso continuo de diversificación que ha estado en marcha durante miles de millones de años. La genómica comparada, una rama de la biología, desempeña un papel crucial en desvelar la historia evolutiva de las especies. Al comparar los genomas de diferentes especies, esta disciplina nos permite identificar genes compartidos que explican similitudes y genes únicos que confieren características distintivas. Sus aplicaciones son diversas, desde mejorar cultivos hasta conservar la biodiversidad. La genómica comparada se basa en el análisis de la información genética contenida en el ADN, un código que todos los seres vivos comparten y que revela los secretos de la vida en nuestro planeta.
La Enorme Diversidad de la Vida
La enorme diversidad de plantas, animales, insectos, hongos, bacterias y otros organismos que habitan en nuestro planeta es el resultado de un proceso de diversificación que ha estado en marcha durante aproximadamente 3,800 millones de años.
Para comprender cómo se lleva a cabo este proceso de diversificación, podemos utilizar una analogía sencilla. Imagina un grupo de amigos que decide aventurarse en una caminata por el bosque. Al principio, todos los amigos comienzan su recorrido juntos siguiendo un mismo camino. Sin embargo, llegan a un punto donde el camino se divide en dos direcciones: uno que conduce al lago y otro que lleva a la montaña. En ese momento, algunos amigos que disfrutan del agua y nadar optan por dirigirse al lago, mientras que el resto del grupo decide explorar la montaña. De esta manera, un grupo único de amigos se divide en dos. Esta ilustración nos ayuda a entender cómo, a lo largo de la historia evolutiva, algunos individuos que pertenecen a una misma especie pueden separarse del grupo principal y, con el tiempo, desarrollar características que los hacen pertenecer a una nueva especie (Figura 1). Este proceso se conoce como especiación.
Figura 1: Representación del proceso de especiación, en la que una sola población se divide y con el paso del tiempo uno de los grupos va adquiriendo características distintivas
Pero, ¿cómo podemos conocer la historia evolutiva de las especies? La respuesta se encuentra en el código genético que todos los seres vivos guardamos en nuestras células: ¡el ADN!
La Genómica Comparada: Descifrando el Código de la Vida
La disciplina de la biología encargada de estudiar la información genética de diferentes especies para identificar similitudes y diferencias en sus historias evolutivas se llama genómica comparada.
Gracias a esta disciplina, podemos identificar genes o regiones genómicas que comparten o no los genomas de diferentes especies (regiones sinténicas o no sinténicas), así como describir la forma en la que estas regiones se organizan (Figura 2). Simultáneamente, estas comparaciones nos permiten identificar genes únicos que otorgan a las especies sus características distintivas.
Las aplicaciones de la genómica comparada son amplias y diversas. Por ejemplo, al comparar los genomas de diferentes cultivos con especies cercanas que no se cultivan, podemos estudiar los genes responsables de la domesticación y, de esta manera, mejorar los cultivos.
Figura 2: Tipo de relación que pueden guardar los elementos o regiones de dos genomas distintos. En la figura se ejemplifican con flechas del mismo color los elementos compartidos por ambas especies. La flecha con líneas discontinuas representa un elemento no presente en una de las dos especies.
La Genómica Comparada en la Conservación y Más Allá
La genómica comparada también resulta ser una herramienta valiosa en la conservación de las especies. A través de la comparación de distintas variedades de una misma especie, es posible comprender y preservar la diversidad genética, que es esencial para la supervivencia de estas especies en su entorno natural.
A pesar de su valor, comparar los genomas de diferentes especies no es una tarea sencilla. Imagina que un solo cromosoma puede contener miles de genes, por lo que llevar a cabo comparaciones entre genomas completos de distintas especies requiere de una gran cantidad de cálculos (FIgura 3). Debido a esto, estas comparaciones sólo pueden llevarse a cabo mediante el uso de equipos y herramientas informáticas especializadas.
Figura 3: Comparación de la secuencia genética de un cromosoma entre siete especies diferentes. Las regiones azules indican segmentos colineales, mientras que las regiones rojas representan segmentos invertidos. Esta comparación se llevó a cabo en secuencias de aproximadamente 14 millones de nucleótidos. Figura realizada a través del programa SynVisio (https://synvisio.github.io/).
Un ejemplo concreto de la utilidad de la genómica comparada se encuentra en el Instituto de Ecología A.C. (INECOL), donde se cuenta con un equipo de supercómputo que permite llevar a cabo estas comparaciones. Gracias a esta infraestructura, ha sido posible entre muchas otras cosas, comparar los genomas de hongos patógenos y hongos no patógenos para identificar los genes responsables de enfermedades en las plantas.
En resumen, la genómica comparada no sólo nos permite desentrañar la historia evolutiva de las especies, sino que también tiene aplicaciones prácticas que abarcan desde la mejora de los cultivos hasta la conservación de la biodiversidad. Con el ADN como clave de acceso, esta disciplina nos proporciona un profundo entendimiento de los secretos de la vida en nuestro planeta.
Referencias:
Venkat Bandi, and Carl Gutwin. 2020. Interactive Exploration of Genomic Conservation. In Proceedings of the 46th Graphics Interface Conference on Proceedings of Graphics Interface 2020 (GI’20). Canadian Human-Computer Communications Society, Waterloo, CAN.
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Pies de Figura
Figura 1: Representación del proceso de especiación, en la que una sola población se divide y con el paso del tiempo uno de los grupos va adquiriendo características distintivas.
Figura 2: Tipo de relación que pueden guardar los elementos o regiones de dos genomas distintos. En la figura se ejemplifican con flechas del mismo color los elementos compartidos por ambas especies. La flecha con líneas discontinuas representa un elemento no presente en una de las dos especies.
Figura 3: Comparación de la secuencia genética de un cromosoma entre siete especies diferentes. Las regiones azules indican segmentos colineales, mientras que las regiones rojas representan segmentos invertidos. Esta comparación se llevó a cabo en secuencias de aproximadamente 14 millones de nucleótidos. Figura realizada a través del programa SynVisio (https://synvisio.github.io/).
“La opinión es responsabilidad de los autores y no representa una postura institucional”