Llegar a la raíz de la evolución de esmalte: Conexión de los genes a los dientes de homínidos muestra evidencia de la selección natural

Los cráneos de un ser humano, un gorila y un macaco - tres de las especies en las que los investigadores visitaron la genómica de la evolución del esmalte.

Largos, grandes cerebros, postura erguida, el esmalte dental grueso es una de las características que distinguen a nuestro género, Homo, de nuestros parientes primates y antepasados. Un nuevo estudio, publicado el 5 de mayo en la revista Journal of Human Evolution, ofrece una visión de cómo la evolución ha conformado los dientes, segun un gen a la vez. 

Al comparar el genoma humano con los de otras cinco especies de primates, un equipo de genetistas y antropólogos evolutivos de la Universidad de Duke ha identificado dos segmentos de ADN, donde la selección natural pudo haber actuado para dar a los humanos modernos un esmalte grueso. 

Los dientes han sido un recurso muy valioso para los científicos que estudian la evolución, dijeron los autores. 

"El registro fósil es siempre la más completa para los dientes", dijo el coautor Christine Wall, profesor asociado de investigación de la antropología evolutiva en Duke. "Y el espesor del esmalte ha sido durante mucho tiempo un rasgo clave que se utiliza para el diagnóstico de los homínidos fósiles y reconstruir sus dietas e historias de vida." 

Claras diferencias en el espesor del esmalte entre los primates se han relacionado con la dieta. De las seis especies incluidas en este estudio, los gorilas y los chimpancés de frutas y hojas cariñosos tienen el esmalte más delgado; orangutanes, gibones y omnívoros macacos rhesus tienen un grosor intermedio; y los seres humanos poseen el esmalte más gruesa, muy adecuado para la trituración alimentos duros. 

"Los dientes también conservan sus bandas de crecimiento", dijo Wall, refiriéndose a la forma del esmalte se deposita en capas, como los anillos de árboles concéntricos. "Así que en términos de la comprensión de los fósiles, los dientes le pueden decir a qué edad un joven murió o el tiempo que le toma a los dientes para desarrollarse -. Así que puedes comparar entre las especies vivas y extintas" 

"Todo esto hace que el esmalte de los dientes uno de los pocos rasgos que se encuentran tanto en el registro fósil y susceptibles de análisis genómico", dijo Wall. 

El equipo se propuso identificar algunos de los cambios genéticos que contribuyeron a los seres humanos adquieren el esmalte más grueso. El trabajo es parte de una investigación a gran escala de los vínculos entre los genes, las características físicas y la dieta durante la evolución humana. 

"Decidimos buscar sólo en los genes que tienen un papel conocido en el desarrollo de los dientes", dijo Greg Wray, profesor de biología en Duke. El equipo optó por cuatro genes, cada uno de los cuales codifica una proteína implicada en la formación de los dientes (enamelisina, amelogenina, ameloblastina y enamelina), por lo que los genes son buenos candidatos para ver pruebas de selección positiva, pero no necesariamente los únicos implicados en la evolución de los dientes, dijo Wray. 

Los datos disponibles al público prestados las secuencias de los cuatro genes a través de seis especies - excepto en el caso de que el gorila y el orangután, cuyo ADN del equipo aislado a sí mismos. 

Luego, los investigadores alimentaron las secuencias de un programa de software que identificaron que los pares de bases habían cambiado entre la especie, y donde los cambios se habían acumulado a un ritmo acelerado. "Ahí es cuando conocemos un gen se encuentra bajo la selección positiva", dijo el primer autor Julie Horvath, director de la genómica y de laboratorio de microbiología del Centro de Investigación Naturaleza en Raleigh, Carolina del Norte y profesor asociado de investigación de la biología en la Universidad Central de Carolina del Norte. 

Utilizaron el concepto de la deriva genética para llegar a esta conclusión. La deriva es un fenómeno en el que cambia la secuencia de ADN se acumulan a una tasa esperada, dijo Horvath. Cuando los cambios se suman más rápido de lo esperado, se sugiere a los científicos que los genes afectados se encuentran bajo selección positiva - que dan los organismos algún tipo de ventaja. 

La investigación anterior ha demostrado la selección positiva en uno de los genes, llamada MMP20, también conocida como enamelisina. El presente análisis confirmó que MMP20 muestra la clara firma de selección natural actuando sobre el espesor del esmalte dental en los seres humanos. También encontraron otro gen, llamado ENAM o enamelina, que está bajo la selección positiva. 

La presión de selección no afectó ENAM y MMP20 en la región codificante de la proteína, donde incluso pequeños cambios pueden alterar drásticamente o destruir la funcionalidad de un gen. En lugar de ello, ENAM y MMP20 mostraron cambios selección positiva en sus regiones reguladoras, una secuencia ligeramente aguas arriba o aguas abajo en el ADN que controla cómo se transcribe un gen. 

"Este estudio proporciona los puentes importantes entre morfología, procesos de desarrollo, y sus mecanismos de regulación genética subyacente", dijo Timothy Bromage, profesor de biomateriales y la biomimética en la Universidad de Nueva York, que no participó en el estudio. "Ya los resultados del trabajo informó que debilita las muchas capas de la regulación y la evolución de la estructura del esmalte". 

Mediante la conexión de genes y fósiles a través de especies - y en el futuro, a través de diferentes grupos de edad - el equipo espera construir una hoja de ruta para desentrañar cómo se vinculan las muchas piezas de la selección natural.

Traducido por SaludenConcreto.com

Fuente: Duke University. (2014, May 5). Getting to the root of enamel evolution: Connecting genes to hominin teeth shows evidence of natural selection. ScienceDaily. Retrieved July 7, 2014 from www.sciencedaily.com/releases/2014/05/140505155349.htm