Selección artificial y el mejor amigo del hombre - Primera parte

Autor: Isaac García

¿Sabías que todos los perros comparten una historia familiar de miles de años? ¿Sabías que descienden de lobos que acechaban a las primeras comunidades humanas?

Los perros (Canis familiaris) son los orgullosos portadores de miles de años de historia como especie. A pesar de que la comunidad científica del ramo no tiene un consenso sobre el lugar y fecha exacta del surgimiento del mejor amigo del hombre, el último estudio a nivel paleogenómico sugiere que el perro aparece por primera vez en algún lugar de Europa durante el periodo neolítico hace aproximadamente 20,000 y 40,000 años a partir de una comunidad de lobos ancestrales. Desde entonces, estos animales han acompañado a la raza humana la cual, a lo largo de la historia, ha moldeado diferentes razas perrunas con base en diferentes necesidades ya sea estéticas o de trabajo en un proceso llamado selección artificial. Éste es el mismo proceso que ha sido aplicado en múltiples especies animales y vegetales, y tiene como fin la obtención de un organismo que cumpla con características puntuales que van desde sabor y color, en frutos como la sandía, hasta textura y temperamento volviendo al caso de los perros. La selección artificial representa una de las primeras prácticas biotecnológicas de la humanidad y ha resultado en las más de 400 razas perrunas existentes hoy en día, sin contar aquellas que ya no nos acompañan.

Pero ¿cómo puede transformarse la imponente imagen de un lobo en la apacible imagen del pug moderno? ¿Cómo una sola especie puede contener tal diversidad de formas, colores y temperamentos? Gracias a la tecnología moderna podemos dar respuesta a éstas preguntas mediante el estudio de genomas completos y las diferencias entre los mismos.

Pero ¿Qué es un genoma, para empezar? Haciendo un paréntesis en la historia de los peludos, cabe mencionar que el genoma es el total del material genético que posee un organismo, el cual, gracias a su naturaleza química, puede ser representado como un código integrado por 4 componentes llamados nucleótidos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Las combinaciones de nucleótidos conforman, entre otras cosas, las instrucciones para la formación y organización de las proteínas que componen a los seres vivos. Sin embargo, este código no es idéntico entre individuos y conlleva un grado de variación inherente. El genoma y su variación inherente pueden ser imaginados como un texto escrito sin mucho cuidado. Habrá muchos errores de dedo, pero la gran mayoría no afectarán el significado del escrito, que se podrá leer y comprender sin problema. Estos errores de poca consecuencia son una buena analogía para las regiones variantes del código genético, las cuáles en su conjunto, producen la diversidad de formas biológicas que podemos observar entre individuos. Este concepto se conoce formalmente como fenotipo y siendo ligado al tema que nos atañe, puede ser visto como las diferencias entre el aspecto de un bulldog francés y uno inglés o el de un chihuahua y un gran danés; tan sutiles como abismales dentro de la misma especie. Es también importante mencionar que, en raras ocasiones, algún error de dedo aleatorio tendrá graves consecuencias, pues por mala suerte se cambiará una palabra que a su vez modificará el significado de parte del escrito. Este tipo de variación será perjudicial para el organismo y provocará enfermedad o defectos congénitos.

El origen genómico de la variedad fenotípica entre razas

La variación de tamaño y otras características entre razas perrunas es una de las más grandes de entre todas las especies de mamíferos en la tierra. ¿Cómo es que esto sucede? El grupo de investigación de Elaine Ostander, parte de los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos, se ha hecho esta y otras preguntas, abordando las mismas a través de estudios a nivel genómico donde se incluyen comparaciones y análisis realizados sobre las diferencias nucleotídicas entre genomas completos. Con ellos, se han propuesto distintas dinámicas que pudieron generar la actual diversidad de razas.

Se podría pensar que existe una conexión directa entre la complejidad de la variación genética entre razas y lo diferente que éstas pueden lucir entre sí. Sin embargo, se ha determinado que la variación fenotípica que respecta al tamaño de los huesos, formas de los cráneos, color del pelaje y otras características específicas a cada raza, se asocian con la variación genética en regiones genómicas determinadas. Lo anterior resulta sorpresivo, pues años de estudio de variación genética en humanos sugieren que muchos de los fenotipos en nuestra especie son producto de cientos de variantes de efectos modestos repartidas a lo largo del genoma y que, en conjunto, conforman sólo una parte de la variación fenotípica observada. Lo anterior puede ejemplificarse con el caso de la altura humana, pues hay evidencia que sugiere que es producto de más 3000 regiones genómicas independientes que abarcan al menos 600 genes. Esta observación contrasta en sobremanera con el caso de los cánidos, donde la variación dentro de  6 regiones genómicas específicas y bien definidas, es suficiente para explicar hasta en un 70% la variabilidad de varios fenotipos conjuntos como el color y la textura de pelo o el tamaño y forma de las orejas. Lo anterior puede ser visualizado a través de una gráfica ‘Manhattan’ como la presentada en la Figura 1. Ésta gráfica muestra algunos de los miles de nucleótidos variantes a través del genoma de los perros (representados a través de puntos) y en cada uno de sus cromosomas (visualizados en los números debajo). Un valor estadístico de asociación es asignado a cada uno de los sitios variantes de forma que, cada uno de éstos está asociado con ‘mayor fuerza’ a un fenotipo determinado. En este caso, cada uno de los puntos tiene un valor de asociación con el logaritmo del peso corporal de los perros. Cada uno de los puntos resaltados etiqueta con mayor significatividad una región donde la presencia de otras variantes se encuentra regulando de alguna forma el fenotipo mencionado.

 Figura 1. Imagen reproducida con pequeñas modificaciones de Boyko AR,  et al., 2010. A Simple Genetic Architecture Underlies Morphological Variation in Dogs (ver bibliografía para más detalles).

Figura 1. Imagen reproducida con pequeñas modificaciones de Boyko AR,  et al., 2010. A Simple Genetic Architecture Underlies Morphological Variation in Dogs (ver bibliografía para más detalles).

Otros análisis revelan que es en dichas regiones donde ocurre gran parte de la variación que determina la diversificación de las poblaciones caninas. Esto se sabe a través de estudios de genética de poblaciones, en los cuáles es posible determinar qué áreas del genoma funcionan como firmas de divergencia entre grupos de organismos de la misma especie. Aplicando esta estrategia en humanos, dichas firmas demarcan regiones que contienen genes que tras miles de años de selección natural, ayudaron a las poblaciones humanas a establecerse en diferentes ambientes a lo largo del mundo, fijando fenotipos relacionados con metabolismo especializado y resistencia a enfermedades. En cambio, en perros éstas regiones delimitan genes con funciones relacionadas mayormente con la determinación  de características físicas, haciendo más evidente el papel de la mano del hombre en la especialización de las múltiples razas caninas y la sobrevivencia de éstas al cuidado del mismo.

Pues bien, en esta primera parte de la entrada del blog hemos aprendido sobre selección artificial canina, el genoma, y variación inherente. También hemos visto que, a pesar de la gran variedad de razas de perros y de qué tan diferentes son entre sí, las regiones genómicas responsables de esta diversidad son en realidad, pequeñas y pocas. ¿Encuentras esto sorpresivo o inesperado? Si la respuesta es sí, no dejes de leer la siguiente parte de esta historia, donde discutiremos, entre otras cosas, cómo los perros chihuahua fueron creados partiendo del lobo y qué sabemos sobre los orígenes genéticos del xoloitzcuintle.

Bibliografía

Boyko AR, Quignon P, Li L, Schoenebeck JJ, Degenhardt JD, Lohmueller KE, et al. (2010) A Simple Genetic Architecture Underlies Morphological Variation in Dogs. PLoS Biol 8(8): e1000451. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000451

Parker, H. G., Dreger, D. L., Rimbault, M., Davis, B. W., Mullen, A. B., Carpintero-Ramirez, G., & Ostrander, E. A. (2017). Genomic Analyses Reveal the Influence of Geographic Origin, Migration, and Hybridization on Modern Dog Breed Development. Cell Reports, 19(4), 697–708. https://doi.org/10.1016/J.CELREP.2017.03.079

Acerca del autor

Isaac García es microbiólogo de formación, y le atrae mucho la biología molecular en especial cuando ésta se estudia en modelos no convencionales. Actualmente se encuentra en una estancia de investigación en el grupo de la Dra. Daniela Robles en el Laboratorio de Cancer Genetics and Bioinformatics del LIIGH. Su trabajo se centra en la búsqueda de la función biológica de variantes genéticas comunes en la predisposición al cáncer de piel a través de análisis computacionales.