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¿Por qué Daphnia pulex?

La pulga de agua se encuentra entre los modelos animales más antiguos para estudios biológicos. Gracias a este pequeño crustáceo branquiópodo de entre 1 y 5 milímetros, sabemos que la respuesta inmune celular está mediada por macrófagos que atacan a los parásitos invasores, que sólo las células germinales son las que transmiten la información hereditaria en animales y que los organismos pueden cambiar sus características externas (fenotipo) en respuesta al medio ambiente (plasticidad fenotípica).

Es una especie clave en los ecosistemas de agua dulce. Sus poblaciones son muy sensibles a las sustancias tóxicas y se usa para evaluar el impacto ecológico de los cambios medioambientales. Al ser transparente, es perfecta para estudios fisiológicos y su posición filogenética la hace ideal para estudios comparativos de genes.

Su ciclo reproductor es ideal para la genética experimental. Tiene un ciclo de vida corto y puede reproducirse sexual o asexualmente dependiendo de las condiciones. Se puede encontrar en una gran variedad de hábitats, desde lagos de agua dulce hasta lagunas salobres, y al estar distribuida por todo el mundo, presenta una gran diversidad de características que la convierte en el modelo ideal para estudiar los cambios en la expresión de los genes en respuesta al ambiente.

Peculiaridades de su genoma

La publicación del borrador del genoma de la pulga de agua viene acompañado por una serie de artículos científicos que exploran diversas facetas de su biología a nivel molecular. Con un 80% de su genoma secuenciado, éstas son algunas de sus características:

• La pulga de agua ha sido el primer crustáceo en tener su genoma secuenciado (matizable si consideramos a los insectos como crustáceos terrestres).
• Está organizado en 12 pares de cromosomas con unos 200 millones de pares de bases. Hasta el momento, se han identificado unos 35.223 genes de los cuales 30.907 codifican proteínas y el resto son genes de microARN (50), ARN ribosomal (unos 468) y ARN transferente (3798).
• Jugando un poco a las comparaciones, podemos decir que tiene un genoma de tamaño comparable al de una hormiga con un 65% más de genes que los humanos. Esto es posible debido a que su genoma está compactado gracias a una reducción de las secuencias repetidas y de ADN no codificante y también a las duplicaciones de genes.
• Los elementos transponibles (secuencias de ADN saltarinas capaces de replicarse e insertarse en un nuevo lugar de un genoma determinado) constituyen un 9,4% del genoma.
• De todos los artrópodos cuyo genoma ha sido secuenciado, es el que comparte más genes con otros grupos de animales, incluidos los seres humanos. Un 4,5% lo comparte con los insectos y un 36% parece ser exclusivo de la especie, algo que puede explicarse por una elevada duplicación de genes propios de la pulga de agua. Muchos de estos genes tienen funciones relacionadas probablemente con la respuesta al medio ambiente.

  Similitudes. Comparación entre los genes de la pulga de agua (Daphnia pulex), el piojo humano (Pediculus humanus), el escarabajo rojo de la harina (Tribolium castaneum), el erizo de mar morado (Strongylocentrotus purpuratus), el gallo (Gallus gallus), la rana Xenopus (Xenopus tropicalis) y el ser humano (Homo sapiens).

• Se han identificado unos 13.000 genes duplicados, un número bastante alto que da cuenta tanto del elevado número de genes en relación al tamaño de su genoma como del porcentaje del genoma no compartido con otras especies.
• Hay nueve familias de genes que se han duplicado de forma independiente en la pulga de agua y otros organismos acuáticos, incluidos vertebrados.
• Las familias de genes específicos de la pulga de agua con más duplicaciones incluyen hemoglobinas (11 copias), opsinas (46 copias), unas proteínas relacionadas con la percepción de la luz, y genes que interaccionan con las vías metabólicas. Curiosamente, estos genes son los más sensibles a los cambios en las condiciones ecológicas y los responsables de proporcionarle su plasticidad fenotípica (por ejemplo, facultad de vivir en aguas con poco oxígeno o en condiciones de poca luminosidad).
• La duplicación de los genes en la pulga de agua se ha producido al triple de velocidad que en otros invertebrados y los genes duplicados se han mantenido funcionales en una elevada proporción, lo que sugiere que pueden adquirir rápidamente nuevas funciones en respuesta a los cambios externos. Los genes duplicados constituyen una importante fuente de innovación evolutiva. Después de una duplicación, uno de los genes se suele inutilizar debido a mutaciones y se convierte en un pseudogen. Esto puede evitarse si la selección natural mantiene activas las copias aumentando el nivel de expresión del gen, creando una nueva función o subdividiendo la función original del gen en múltiples componentes.

Cada uno en el lugar que le corresponde. Reconstrucción de la historia evolutiva de los artrópodos cuyo genoma ha sido secuenciado (faltan las hormigas). De arriba a abajo, pulgón del guisante, piojo humano, abeja, avispa parasitoide Nasonia, tres especies de mosquitos (Aedes, Culex y Anopheles), mosca del vinagre, escarabajo rojo de la harina, pulga de agua y garrapata de los ciervos.