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Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva, Universitat de València, Apartat 22085, 46071 Valencia. E-mail: francisco.silva@uv.es
La transición de un estilo de vida libre a un ambiente intracelular asociado a un hospedador provoca una serie de cambios en el genoma entre los cuales destacan la reducción del tamaño genómico y la especial evolución de sus secuencias nucleotídicas. Este proceso afecta tanto a bacterias patógenas como mutualistas, siendo el endosimbionte primario de los pulgones, Buchnera aphidicola, un ejemplo extremo ya que los genomas de varias de sus cepas alcanzan tamaños inferiores a las 500 Kb. Esta bacteria deriva de un ancestro cuyo genoma era mucho mayor (un mínimo de 1800 genes y 2 Mb). La mayor parte de sus genes se volvieron no esenciales o poco importantes en el nuevo ambiente y se inactivaron. A diferencia de lo que ocurre en muchos eucariotas este DNA no funcional se fue perdiendo rápidamente. La desintegración génica mediante pequeños sucesos de deleción nucleotídica o la acción de grandes deleciones se han postulado como los fenómenos que tuvieron lugar en las primeras etapas de este proceso.
En este trabajo hemos estudiado el proceso de degradación genómica durante la evolución de B. aphidicola mediante dos aproximaciones: (1) un estudio comparado de los genomas de 3 cepas y (2) la determinación de las tasas y características de los indels y sustituciones nucleotídicas durante un periodo más reciente de su evolución.
La comparación genómica mostró que el DNA de los genes inactivados hace más de 50 millones de años (m.a.) ha desaparecido casi completamente del genoma. Se estimó la vida media de los pseudogenes en 23,9 m.a. También se determinó la existencia de una correlación entre la disminución del contenido en GC del DNA de los pseudogenes y su longitud. Así, cuando un gen pierde su función, sus nucleótidos van siendo sustituidos por otros más ricos en AT y su longitud disminuye. En el segundo estudio se determinaron las tasas de indels durante la evolución de los endosimbiontes de 37 clones del pulgón Rhopalosiphum padi (< 1 m.a.) y de varias especies del género Rhopalosiphum (hasta 21 m.a.). Se analizaron el pseudogen cmk, y la región intergénica situada entre los genes hupA y rpoC. La obtención de la secuencia de un gen plasmídico, repA2, nos ha permitido calibrar un reloj molecular para poder calcular tasas respecto al tiempo transcurrido. El análisis ha mostrado que la pérdida de DNA no funcional se produce por la combinación de dos tipos de sucesos, deleciones frecuentes y muy pequeñas (ej. 1 nt) y deleciones infrecuentes y más largas (ej. 200 nt). Esto nos lleva a proponer un modelo escalonado de pérdida de DNA para las últimas etapas del proceso de degradación. En base a éste, junto a una reducción gradual caracterizada por eventos de muy pequeño tamaño se producirían ocasionalmente eventos de un tamaño mayor que podrían ser fijados por selección y producirían puntualmente cambios más relevantes en el tamaño del genoma.