Composición nucleotídica en gradientes ambientales marinos



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Composición nucleotídica en gradientes ambientales marinos
La composición de nucleótidos, o la composición de bases nitrogenadas, es uno de los rasgos más simples que se pueden determinar en una molécula de ácido nucleico. En efecto, la frecuencias relativa de cada uno de ellos se obtiene directamente de la secuencia de un molécula, desde un pequeño ARN hasta un genoma completo. Este rasgo a pesar de la simpleza de su cálculo, tiene profundas implicancias biológicas. A modo de ejemplo ha cumplido un rol fundamental en la determinación de la estructura del ADN, los trabajos iniciales sobre la existencia del ARN mensajero y la elucidación del código genético.
Cuando estudiamos este rasgo a nivel genómico se mide la frecuencia relativa en Guanina + Citosina (GC) es una variable simple, entre 0 y 100%, que resume la composición de bases de un genoma (recordando las reglas de apareamiento de Watson y Crick). El contenido en GC de una secuencia presenta una gran variabilidad intra e inter organismo. En particular los Eucariotas presentan una importante variabilidad intragenómica mientras que Archaea y Bacteria presentan una mayor homogenidad intragenomica pero gran variabilidad inter especie. El contenido en GC de un genoma Bacteriano puede ser tan bajo como un 20% o tan elevado como 80%. El intento por determinar las causas de esta variación ha sido el trabajo de varios investigadores por mas de 50 años y ha estado en el centro del debate neutralismo seleccionismo a nivel molecular, es decir si hay alguna ventaja adaptativa en ser rico o pobre en GC, o por el contrario, la variabilidad es producto de procesos no adaptativos (e.g. sesgo mutacional). En este sentido, el contenido en GC tiene profundo impacto sobre el uso de aminoácidos de un organismo y por tanto un profundo impacto en la arquitectura de sus proteínas. Asimismo, se ha observado que los genomas más grandes tienden a ser más ricos en GC; mientras que los genomas de organismos parásitos tienden a ser pequeños y ricos en AT. Otros estudios han revelado que los organismos estrictamente aerobios tienen un contenido en GC más alto que los estrictamente anaerobios. Sin embargo, no se ha encontrado una mecanismo claro entre el contenido en GC y posibles ventajas adaptativas lo que ha puesto a este rasgo en el centro del debate entre neutralistas y seleccionistas.
Una nueva perspectiva a este problema lo aportó la capacidad de obtener secuencias de ADN directamente del ambiente. La llamada genómica ambiental o metagenómica realiza la extracción y el secuenciado de ADN de muestras ambientales obteniendo así un muestrario de la capacidad genética de un ambiente dado, sin necesidad de aislar y cultivar a los organismos. Enmarcando esto en nuestro problema, es posible obtener secuencias genicas de diferentes ambientes, evaluar su composición nucleotidica y buscar asociaciones con diferentes variables ambientales. En particular, en diseños experimentales apropiados es posible estudiar la variación asociada a gradientes de interés como puede ser la temperatura.
Este enfoque de ecología evolutiva permite realizar un aporte novedoso al problema de evolución y variabilidad del contenido en GC genómico. En este trabajo hemos estudiado la variabilidad en el contenido en GC de clados Bacterianos (Pelagibacter sp., Pelagibacter ubique, Psychroflexus torquis, Prochlorococcus marinus HLII, Synechococcus sp.) en gradientes ambientales marinos. Estudiamos 50 muestras de la expedicion GOS que cubren un amplio rango latitudinal (desde 45º Latitud Norte hasta el Ecuador) y un rango de temperatura entre 10 y 30 ºC. A su vez se registraron la salinidad, concentración de clorofila y ecoregión (costera, estuarina, mar abierto, etc.) de cada muestra. En este trabajo estudiamos la variación en el contenido en GC de cada uno de los 5 clados en cada muestra, con el fin de comparar las tendencias de cada una de las especies. Por otra parte se evaluó la asociación del contenido en GC con estos parámetros ambientales (i.e. temperatura, salinidad y concentracion de clorofila). Los resultados obtenidos son discutidos en el marco actual de variabilidad del contenido en GC y las visiones neutralistas o seleccionistas del proceso.


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