La hipótesis 2R o la hipótesis de Ohno , propuesta por primera vez por Susumu Ohno en 1970, [1] es una hipótesis de que los genomas del linaje de vertebrados temprano sufrieron dos duplicaciones completas del genoma y, por lo tanto, los genomas de los vertebrados modernos reflejan la paleopoliploidía . El nombre deriva de las 2 rondas de duplicación originalmente hipotetizadas por Ohno, pero refinadas en una versión de 1994, y el término hipótesis 2R probablemente se acuñó en 1999. Las variaciones en el número y los tiempos de las duplicaciones del genoma normalmente todavía se conocen como ejemplos de la hipótesis 2R. [2]La hipótesis de las 2R ha sido objeto de mucha investigación y controversia; sin embargo, con el apoyo creciente de los datos del genoma, incluido el genoma humano , el equilibrio de opinión se ha inclinado fuertemente a favor del apoyo a la hipótesis. Según Karsten Hokamp, Aoife McLysaght y Kenneth H. Wolfe , [2] la versión de la hipótesis de duplicación del genoma de la que toma su nombre la hipótesis 2R aparece en Holland et al. [3] y el término fue acuñado por Austin L. Hughes. [4]
El argumento de Ohno
Ohno presentó la primera versión de la hipótesis 2R como parte de su argumento más amplio sobre la importancia general de la duplicación de genes en la evolución . Basado en tamaños relativos del genoma y análisis de isoenzimas , sugirió que los peces ancestrales o anfibios habían experimentado al menos uno y posiblemente más casos de "evolución tetraploide". Más tarde añadió a este argumento la evidencia de que la mayoría de los genes parálogos en vertebrados no demuestran ligamiento genético . Ohno argumentó que debería esperarse un enlace en el caso de duplicaciones en tándem individuales (en las que se agrega un gen duplicado adyacente al gen original en el mismo cromosoma), pero no en el caso de duplicaciones cromosómicas. [5]
Evidencia posterior
En 1977, Schmidtke y sus colegas demostraron que la complejidad de las isoenzimas es similar en lancetas y tunicados , lo que contradice una predicción de la hipótesis de Ohno de que la duplicación del genoma se produjo en el antepasado común de lancetas y vertebrados . [6] Sin embargo, este análisis no examinó a los vertebrados, por lo que no pudo decir nada sobre eventos posteriores de duplicación. [7] (Además, la filogenética molecular mucho más tardía ha demostrado que los vertebrados están más estrechamente relacionados con los tunicados que con las lancetas, negando así la lógica de este análisis. [8] ) La hipótesis 2R vio un resurgimiento del interés en la década de 1990 por dos razones . Primero, los datos de mapeo de genes en humanos y ratones revelaron extensas regiones de paralogía : conjuntos de genes en un cromosoma relacionados con conjuntos de genes en otro cromosoma en la misma especie, indicativos de eventos de duplicación en la evolución. [9] Las regiones de paralogía estaban generalmente en grupos de cuatro. En segundo lugar, la clonación de genes Hox en lancelet reveló la presencia de un solo grupo de genes Hox , [10] en contraste con los cuatro grupos en humanos y ratones. Los datos de familias de genes adicionales revelaron una regla común de uno a muchos cuando se compararon los genes de lancetas y vertebrados. [7] En conjunto, estas dos líneas de evidencia sugieren que se produjeron dos duplicaciones del genoma en la ascendencia de los vertebrados, después de haber divergido del linaje evolutivo cefalocordado .
La controversia sobre la hipótesis 2R dependía de la naturaleza de las regiones de paralogía . No se discute que los cromosomas humanos portan conjuntos de genes relacionados con conjuntos de genes de otros cromosomas; la controversia se centra en si fueron generados por duplicaciones a gran escala que duplicaron todos los genes al mismo tiempo, o si ocurrieron una serie de duplicaciones de genes individuales seguidas de un reordenamiento cromosómico para mezclar conjuntos de genes. Hughes y sus colegas encontraron que los árboles filogenéticos construidos a partir de diferentes familias de genes dentro de las regiones de paralogía tenían diferentes formas, lo que sugiere que las familias de genes tenían diferentes historias evolutivas. [12] [13] Se sugirió que esto era incompatible con la hipótesis 2R. Sin embargo, otros investigadores han argumentado que tales 'pruebas de topología' no prueban 2R de manera rigurosa, porque la recombinación podría haber ocurrido entre los cromosomas estrechamente relacionados generados por poliploidía , [14] [15] porque se habían comparado genes inapropiados [16] y porque diferentes Se hacen predicciones si la duplicación del genoma se produjo a través de la hibridación entre especies. [17] Además, varios investigadores pudieron fechar las duplicaciones de familias de genes dentro de las regiones de paralogía de manera consistente con la evolución temprana de los vertebrados, después de la divergencia del anfioxo, consistente con la hipótesis 2R. [18] [19] Cuando las secuencias del genoma completo estuvieron disponibles para los vertebrados, Ciona intestinalis y lanceletas, se encontró que gran parte del genoma humano estaba dispuesto en regiones de paralogía que podían atribuirse a duplicaciones a gran escala, [20] y que estos las duplicaciones ocurrieron después de que los vertebrados se separaron de los tunicados [11] y lancetas. [21] Esto dataría las dos duplicaciones del genoma hace entre 550 y 450 millones de años.
La controversia que se desataba a finales de la década de 1990 se resumió en una revisión del tema realizada en 2001 por Wojciech Makałowski, quien afirmó que "la hipótesis de las duplicaciones del genoma completo en las primeras etapas de la evolución de los vertebrados tiene tantos adeptos como oponentes". [5]
En contraste, una revisión más reciente en 2007 por Masanori Kasahara afirma que ahora hay "evidencia incontrovertible que apoya la hipótesis 2R" y que "un debate de larga data sobre la hipótesis 2R se acerca al final". [22] Michael Benton , en la edición de 2014 de Vertebrate Paleontology , afirma: "Resulta que, en lugares donde amphioxus tiene un solo gen, los vertebrados a menudo tienen dos, tres o cuatro genes equivalentes como resultado de dos intervinientes. eventos de duplicación del genoma ". [23]
Ohnología
Ohnologous genes parálogos son genes que se han originado por un proceso de esta 2R la duplicación . El nombre fue dado por primera vez en honor a Susumu Ohno por Ken Wolfe. [24] Es útil para el análisis evolutivo porque todos los ohnologues en un genoma han estado divergiendo durante el mismo período de tiempo (desde su origen común en la duplicación del genoma completo). [25] [26]
Los genes ohnólogos bien estudiados incluyen genes en los cromosomas humanos 2, 7, 12 y 17 que contienen grupos de genes Hox , genes de colágeno , genes de queratina y otros genes duplicados, [27] genes en los cromosomas humanos 4, 5, 8 y 10 que contienen genes de receptores de neuropéptidos , Genes homeobox de clase NK y muchas más familias de genes , [28] [29] [30] y partes de los cromosomas humanos 13, 4, 5 y X que contienen los genes ParaHox y sus vecinos. [31] El complejo principal de histocompatibilidad (MHC) del cromosoma 6 humano tiene regiones de paralogía en los cromosomas 1, 9 y 19. [32] Gran parte del genoma humano parece asignarse a regiones de paralogía. [33]
Referencias
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