Organisme planktonik Oikopleura dioica , model hewan yang digunakan dalam studi evolusi dan perkembangan embrio filum (chordata), telah kehilangan sebagian besar gen yang terkait dengan metabolisme asam retinoat, menurut artikel yang diterbitkan dalam jurnal Molecular Biology dan Evolusi, salah satu publikasi ilmiah terindeks dengan dampak terbesar di bidang pengetahuannya. Asam retinoat (AR) adalah molekul yang berasal dari vitamin A (retinol) yang merupakan kunci dalam fisiologi dan perkembangan embrio pada spesies manusia dan dalam filum kita secara keseluruhan. Hilangnya gen akan memungkinkan O. dioica berkembang tanpa bergantung pada vitamin A, yang akan menjadi contoh baru bagaimana fenomena hilangnya gen dapat menjadi strategi evolusi yang memungkinkan adaptasi spesies ke skenario tertentu secara biologis secara menguntungkan. .
Studi baru telah dilakukan oleh peneliti Josep Martí Solans, Núria P. Torres guila, Ricard Albalat dan Cristian Cañestro, dari Departemen Genetika, Mikrobiologi dan Statistik dan Institut Penelitian Keanekaragaman Hayati (IRBio ) dari Universitas Barcelona, Dengan kolaborasi peneliti Olga V. Belyaev dan Natalia Y. Kedishvili, dari University of Alabama (Amerika Serikat).
Ketika evolusi bersifat regresif
Pada banyak chordata, RA merupakan faktor penting untuk mengatur ekspresi gen yang terlibat dalam proses proliferasi dan diferensiasi sel, seperti yang terjadi selama perkembangan embrionik organ dan sistem, atau dalam pembentukan pola simetri tubuh. Beberapa penyakit genetik juga melibatkan perubahan dalam aksi RA yang dapat menyebabkan ketidakseimbangan dalam proliferasi sel dan perkembangan kanker seperti leukemia promyelocytic akut.
Chordata O. dioica adalah organisme yang secara evolusi sangat dekat dengan vertebrata, yang memiliki rencana tubuh yang sama dan berbagai organ atau struktur homolog, seperti jantung, otak, atau otot rangka, yang perkembangannya bergantung pada RA. Salah satu tantangan besar dari karya yang diterbitkan adalah untuk menunjukkan bahwa, terlepas dari kenyataan bahwa banyak dari organ-organ ini berkembang secara normal di O. dioica, proses ini terjadi tanpa adanya RA karena hilangnya gen besar-besaran yang terlibat dalam sintesis asam ini dan kurangnya jalur alternatif untuk produksinya.
Seperti yang dijelaskan oleh Profesor Ricard Albalat, “hasil kami mengungkapkan bahwa hilangnya gen yang terkait dengan RA di O. dioica terjadi dalam skenario evolusi regresif, di mana fungsi yang hilang tidak diperlukan untuk organisme”.
“Pada manusia,” Albalat melanjutkan, “seperti pada spesies chordata lainnya, banyak enzim yang mengatur sintesis dan degradasi AR diketahui. Memahami bagaimana enzim ini diatur relevan dengan kesehatan kita. Semuanya menunjukkan bahwa mesin metabolisme RA adalah sistem yang kuat secara genetik, yaitu, ia membentuk jalur yang sulit diubah di mana beberapa enzim yang dikodekan oleh banyak gen dapat melakukan fungsi yang sama secara berlebihan. Lebih jauh lagi, penemuan bahwa RA juga penting untuk biologi hewan non-vertebrata menyiratkan bahwa mesin metabolisme RA bisa sangat kuno, berasal dari asal usul evolusi hewan.’
Bagaimana mungkin menghasilkan jantung tanpa asam retinoat?
Menurut Profesor Cristian Cañestro, «hasil ini menggambarkan apa yang dikenal sebagai” paradoks terbalik “dari biologi perkembangan evolusioner (evo-devo), di mana struktur morfologis serupa berbeda secara signifikan dalam hal gen yang bertanggung jawab untuk pengembangan mereka. pelatihan”.
«Jantung adalah salah satu contoh paradigmatik yang kami coba pahami: Bagaimana mungkin O. dioica dapat membentuk hati tanpa RA sedangkan untuk chordata lainnya, RA sangat penting untuk membuat organ ini? Singkatnya, kami berharap dapat memberikan beberapa jawaban dan mengevaluasi dampak hilangnya RA terhadap fungsi gen kardiogenik, ”jelas Cañestro.
Inovasi biologis tidak selalu terkait dengan peningkatan kompleksitas fungsional atau jumlah gen, para penulis menunjukkan. Penataan ulang genom dan perubahan dalam mesin epigenetik, hilangnya organ reseptor cahaya yang nyata, pengurangan kompleksitas dan ukuran tubuh, atau peningkatan kecepatan perkembangan embrio dan siklus hidup O. dioica adalah keadaan yang memungkinkan evolusi cara-cara baru untuk membangun dengan sempurna hati, misalnya, tanpa perlu AR.
Membangun kembali evolusi gen sebagai rute kereta yang ditinggalkan
Seperti yang dijelaskan Albalat dan Cañestro, «hasil menunjukkan bahwa gen dapat mengikuti pola kehilangan non-acak, seperti eliminasi bersama semua gen yang terkait dengan fungsi yang tidak lagi berguna selama evolusi spesies tertentu, seperti pada kasus AR di O. dioica ».
Para ahli menjelaskan bahwa pekerjaan mereka sebanding dengan membayangkan bahwa rute kereta api tertentu tidak lagi berguna dan pemeliharaan strukturnya ditinggalkan: jika setelah bertahun-tahun seorang sejarawan menemukan kembali sisa-sisa satu set stasiun kereta api yang ditinggalkan di berbagai titik di dunia. , secara teoritis dapat membangun kembali rute kereta api lama. «Penemuan jalur gen yang hilang ini di O. dioicaeksperimental menunjukkan bahwa identifikasi set gen yang telah dihapus bersama (stasiun kereta api yang ditinggalkan) adalah alat yang berguna untuk mengidentifikasi gen yang terkait secara fungsional (rute kereta api). Di sisi lain, jika salah satu stasiun rute terbengkalai itu selamat dalam kondisi sempurna, kami dapat menyimpulkan bahwa sangat mungkin stasiun ini masih terhubung dengan rute lain yang selama ini aktif ”, Albalat dan Caestro menjelaskan.
Karya yang diterbitkan dalam jurnal Molecular Biology and Evolution juga menunjukkan bahwa mengidentifikasi gen yang bertahan dari pembongkaran jalur gen sangat membantu dalam mengungkap fungsi baru yang luput dari perhatian. Untuk O. dioica , pemeliharaan dan duplikasi ekstensif dari pasangan gen yang secara tradisional terkait dengan rute ( gen AR Bcc dan RdhE2 ) memungkinkan para ahli UB menemukan relevansi potensial mereka dalam kompartementalisasi sistem pencernaan (setidaknya di tubuh ini). Secara paralel, mereka juga telah memverifikasi bahwa fakta bahwa gen Aldh8a telah bertahan di O. dioica Ini berkat fungsinya dalam respons pertahanan organisme ini terhadap dampak racun lingkungan, seperti halnya beberapa racun yang dihasilkan oleh mikroalga laut.
Perlu diingat bahwa Evo-Devo-Genomics Research Group ( @evodevogenomeUB ) yang dipimpin oleh Ricard Albalat dan Cristian Cañestro di Fakultas Biologi UB, adalah salah satu dari sedikit tim ilmiah di dunia yang telah mempelajari chordate O. dioica sejak perspektif biologi perkembangan evolusioner (evo-devo), dan bahwa ia memiliki salah satu dari sedikit infrastruktur ilmiah dengan kapasitas untuk mengembangkan dan mempelajari organisme model baru ini.
Sumber : http://biotech-spain.com/es/articles/desmantelando-la-v-a-de-s-ntesis-del-cido-retinoico-en-la-evoluci-n-de-los-cordados-/
