Alemania – Los científicos han descubierto un marcador molecular para la determinación del sexo en el esturión en el marco del proyecto internacional STURGEoNOMICS, liderado por el Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB).
Este descubrimiento representa un avance significativo para la biología evolutiva, para la conservación de las especies y para la acuicultura productora de caviar.
La evidencia genética caracteriza el sistema genético de determinación del sexo más antiguo conocido en vertebrados, con cromosomas sexuales microscópicamente indistinguibles.
La secuencia corta de ADN específica del sexo, detectada en varias especies de esturión, se remonta a un ancestro común de los esturiones, hace 180 millones de años.
Marcadores genéticos ligados al sexo en el esturión
La búsqueda internacional de marcadores genéticos ligados al sexo en el esturión ha continuado durante décadas. Después de todo, el esturión no puede ser sexado por ninguna característica externa, y las especies no tienen cromosomas sexuales diferenciados que se puedan distinguir bajo el microscopio.
El genomicista Dr. Heiner Kuhl, primer autor del estudio y miembro de IGB, ha realizado el descubrimiento de una pequeña región genómica, específica del esturión hembra.
La secuenciación del genoma completo de numerosos sterlets (una especie de esturión) hembras y machos, codujo a este descubrimiento.
Los análisis se realizaron en el INRAE de Francia, en el laboratorio del Dr. Yann Guiguen.
Avance científico en cromosomas sexuales indiferenciados
El descubrimiento de este elemento genético también proporciona evidencia del sistema de determinación del sexo más antiguo conocido en vertebrados con cromosomas sexuales indiferenciados.
“Representa un avance científico. La búsqueda internacional de marcadores sexuales moleculares en el esturión duró décadas” dijo el biólogo evolutivo Dr. Matthias Stöck de IGB y autor principal del estudio.
“Este éxito solo fue posible gracias a la colaboración internacional con expertos de tres países europeos, que involucraron a genomicistas de INRAE en Rennes, Fracias, investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Manfred Schartl de la University of Würzburg en Alemania y el Dr. Mitica Ciorpac del Romanian Danube Institute, DDNI».
Sexado de esturiones
En la actualidad, el diagnóstico ultrasónico o las biopsias se utilizan para sexar a los esturiones. Sin embargo, para que sexado ultrasónico sea confiable, los esturiones deben alcanzar etapas progresivas de maduración, que pueden llevar de seis a diez años en algunas especies.
Por otro lado, las biopsias de las gónadas son invasivas y estresan o incluso dañan a los peces.
En el futuro, el marcador identificado permitirá a los científicos diferenciar entre machos y hembras simplemente usando un hisopo de algodón para obtener el ADN. Además, la fiabilidad de esta prueba supera incluso a los métodos anteriores.
Conservación de especies de esturión
Muchas de las 27 especies de esturión que se encuentran en todo el mundo están en peligro de extinción.
En la conservación de las poblaciones de esturión, el marcador será una buena herramienta para el sexado no invasivo de peces, destinado a futuros reproductores en programas de reintroducción.
“Esto permite una selección específica de candidatos para bancos de genes vivos, basados no solo en alelos raros, sino también en el sexo. Los peces no seleccionados como reproductores podrían reintroducirse en la naturaleza de inmediato”, evaluó el Dr. Dr. Jörn Gessner, co-autor del estudio y coordinador del programa de reintroducción del esturión nativo de Alemania en IGB.
Producción más eficientes de pescado y caviar
En la producción acuícola, el método puede ser usado en el futuro para el sexado temprano no invasivo de peces destinados a la cría. El piscicultor posteriormente puede concentrarse en la cría de hembras para el caviar y machos para carne.
La prueba no debería conducir de ninguna manera al sacrificio de esturiones machos, enfatizaron los investigadores. Este aspecto ético es un elemento esencial a ser considerado.
“El próximo paso incluye el uso del marcador para desarrollar una prueba de determinación del sexo para aplicaciones prácticas” comentó Heiner Kuhl, investigador de IGB.
Desarrollo sexual del esturión
La reproducción sexual es una característica evolutiva antigua de la vida. En los vertebrados, el desarrollo sexual está determinado por desencadenantes ambientales o por los genes, o en ocasiones una combinación de ambos.
La mayoría de los vertebrados de sangre fría, como los peces y los anfibios, no tienen cromosomas sexuales diferenciados, es decir un sistema XX/XY microscópicamente distinguible como en los mamíferos o el sistema ZW/ZZ como en las aves.
Los cromosomas sexuales de muchos peces y anfibios solo se pueden distinguir a nivel de ADN. Existen varias razones para esto: en la mayoría de los casos, un nuevo gen maestro se convierte en el detonante inicial para la determinación del sexo, incluso es posible un cambio evolutivo de los cromosomas sexuales en especies estrechamente relacionadas.
Los esturiones y los peces espátula comprenden 27 especies existentes, que se ramificaron de la raíz de los 31 000 especies de peces óseos vivos hace unos 330 millones de años.
A diferencia de muchos otros vertebrados, la evolución del esturión se caracteriza por cambios sorprendentemente lentos en los genomas y la morfología.
“La conservación de la secuencia específica de las hembras en varias rondas de poliploidización, la multiplicación de los cromosomas en la familia del esturión, que representan 180 millones de años de evolución del esturión, plantea muchas preguntas biológicas interesantes” explicó Matthias Stöck.
¿Cómo se las arregló el locus sexual para sobrevivir a todas estas duplicaciones del genoma? ¿Por qué aparentemente se ha conservado la determinación genética del sexo en el esturión, mientras que muchas otras especies de peces desarrollaron varios sistemas diferentes de determinación del sexo?
Contacto
PD Dr. Matthias Stöck
Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB)
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Email matthias.stoeck@igb-berlin.de
Referencia (acceso abierto)
Heiner Kuhl, Yann Guiguen, Christin Höhne, Eva Kreuz, Kang Du, Christophe Klopp, Céline Lopez-Roques, Elena Santidrian Yebra-Pimentel, Mitica Ciorpac, Jörn Gessner, Daniela Holostenco, Wibke Kleiner, Klaus Kohlmann, Dunja K. Lamatsch, Dmitry Prokopov, Anastasia Bestin, Emmanuel Bonpunt, Bastien Debeuf, Pierrick Haffray, Romain Morvezen, Pierre Patrice, Radu Suciu, Ron Dirks, Sven Wuertz, Werner Kloas, Manfred Schartl, Matthias Stöck. A 180 My-old female-specific genome region in sturgeon reveals the oldest known vertebrate sex determining system with undifferentiated sex chromosomes. bioRxiv 2020.10.10.334367; doi: https://doi.org/10.1101/2020.10.10.334367
