Miden por primera vez la ventaja evolutiva de la recombinación genética en el genoma

15/12/2015

Se ha teorizado mucho sobre el papel evolutivo de la recombinación genética, el intercambio de material genético parental que da lugar a nuevas combinaciones genéticas en la descendencia. La recombinación es un fenómeno prácticamente universal en los seres vivos. En los organismos sexuales la recombinación se produce durante el proceso de meiosis que da lugar a las células sexuales, y mantener este sofisticado mecanismo que sistematiza la recombinación en todo el genoma es la razón que suele aducirse para explicar la preponderancia del sexo. ¿Pero en qué consiste la ventaja de la recombinación? En este trabajo se demuestra que la recombinación genética facilita la adaptación y se estima por primera vez el coste evolutivo que tiene su ausencia o disminución en un genoma.

El destino de una nueva mutación en un genoma viene condicionado no sólo por la ventaja o desventaja adaptativa que otorga la mutación a su portador, sino también por el contexto cromosómico en la que aparece. Si una nueva mutación seleccionada se encuentra rodeada de otras también sometidas a selección, dichas mutaciones interferirán entre ellas (competirán) al no segregar independientemente entre sí, de modo que la selección conjunta será menos eficiente que si actuara la selección sobre cada mutación por separado. Este coste del ligamiento, denominado también interferencia Hill-Robertson en honor a sus descubridores, resulta en una disminución de la eficiencia de la selección natural cuando actúa simultáneamente sobre varios sitios ligados.

En un trabajo previo publicado en la revista Nature (véase reseña), los autores trazaron el primer mapa de alta resolución de la selección natural de un genoma y demostraron que la selección natural es ubicua en el genoma de la especie modelo de la genética, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Una implicación de este hallazgo es que en cualquier momento habrá variantes genéticas ligadas que estén sometidas simultáneamente a la selección en el genoma y por tanto la selección será subóoptima debido al coste del ligamiento. ¿Cómo probar la existencia real de este coste y todavía más, cómo medirlo?

Si el coste del ligamiento existe, allí donde la recombinación sea baja habrá mayor densidad de variantes selectivas que no segregan libremente, disminuyendo la eficiencia de la selección y por tanto la tasa de adaptación. Contrariamente, las regiones de mayor recombinación presentarán tasas de adaptación superiores. El primer objetivo del trabajo fue probar si efectivamente las regiones con mayor tasa de recombinación experimentaban una mayor tasa de adaptación genómica. Para la medida de la adaptación genómica se utilizaron sofisticados métodos estadísticos de genética de poblaciones aplicados a datos de variación genómica. Los resultados mostraron una correlación muy positiva entre recombinación y adaptación, corroborando la existencia del coste del ligamiento en el genoma.

La sorpresa vino cuando se observó que la relación inicialmente lineal ente la recombinación y la adaptación convergía hacia un umbral asintótico a partir de valores de recombinación igual o superior a 2 cM/Mb (centimorgans por megabase). Esta asíntota indica que hay un valor umbral de recombinación a partir del cual la adaptación genómica alcanza un máximo.

La existencia de este umbral tiene dos consecuencias importantes: (1) el coste del ligamiento desaparece a partir de un valor de recombinación, es decir, las mutaciones seleccionadas actúan como si en la práctica segregaran independientemente. Una tasa de recombinación infinita no aumentaría la tasa adaptativa del genoma más que un valor de recombinación de 2 cM/Mb (la recombinación umbral estimada). (2) La asíntota define un techo óptimo a la tasa de adaptación de un genoma, su valor es una estimación de la tasa de adaptación óptima, en ausencia de coste de ligamiento.

Al tener delimitada la situación óptima, es posible estimar el coste del ligamiento de un genoma a partir de su análisis. De este modo, los investigadores han determinado el genoma de D. melanogaster tiene una tasa de adaptación que se encuentra un 27% por debajo de la tasa de adaptación óptima, la que tendría si los efectos de las mutaciones no interfiriesen entre ellos.

En este trabajo, que será publicado el mes de enero en la prestigiosa revista Molecular Biology and Evolution, también se han estudiado otros determinantes genómicos como son la tasa de mutación y la densidad génica sobre la tasa de adaptación genómica. El Grupo de Bioinformática de la Diversidad Genómica está formado por Sergi Hervás, Sònia Casillas, Marta Coronado, Isaac Noguera, David Castellano (primer autor del trabajo) y Antonio Barbadilla (investigador principal).

Le era genómica ha suministrado uno de los ejemplos más asombrosos del poder de la selección natural, permitiendo detectar las huellas características que la selección natural deja en el genoma. En este trabajo se da un paso adicional en la medida de selección natural a nivel nucleotídico, génico o genómico, pues se aborda como el contexto genómico, sea la tasa actual de recombinación o la tasa de mutación, condicionan la eficiencia de la selección natural. La actual era de la genómica de poblaciones promete revelarnos finalmente cuál es la verdadera naturaleza de la variación genética.