El genoma d’Acropora digitifera i la simbiosi metabòlica en els esculls coral·lins de l’Indo-Pacífic

Ecogenòmica: Un dels reptes de la genòmica és saber anotar la ingent quantitat d’informació obtinguda en dades rellevants. No és aquesta una tasca immediata, i per això són destacables estudis com el que publicaran properament a Nature, un grup d’investigadors japonesos, coordinats per Nori Satoh, al voltant del genoma d’Acropora digitifera, l’espècie de corall dominant en els esculls d’Okinawa. Els autors pretenen entendre, a través dels 420 milions de parells de nucleòtids i dels 23.700 gens d’aquest genoma, les respostes ambientals d’aquesta espècie.


Acropora digitifera

Els coralls moderns: una història de 240 milions d’anys

Els primers fòssils coneguts de coralls es remunten a uns 240 milions d’anys d’antiguitat (Triàssic mitjà). Els esculls coral·lins es construeixen a partir de coralls escleractinis. És cert que els grups zoològics als quals pertanyen els coralls escleractinis són molt més antics. Els coralls formen part del grup dels antozous, però la distància genètica dels coralls respecte de les anèmones (un altre antozou) fa remuntar l’ancestre comú a uns 500 milions d’anys d’antiguitat. Si ens remuntem encara més en el temps, trobarem els ancestres comuns de tots els cnidaris, i així entendrem el parentiu entre coralls i meduses.

Ja hem dit que la distància genètica entre anèmones i coralls és d’uns 500 milions d’anys. Aquesta xifra, per exemple, és comparable a la distància filogenètica que hi ha entre els peixos teleostis i els tetràpodes (490 milions d’anys) o la que hi ha entre els vertebrats en general i els cefalocordats (520 milions d’anys). La distància filogenètica entre cordats i qualsevol altre grup animal de simetria bilateral (mol·luscs, artròpodes, etc.) és inferior a la que dista entre els “animals bilaterals” (Bilateria) i els cnidaris (Cnidaria).

Característica comuna dels coralls escleractinis és el fet que estableixen una endosimbiosi obligada amb dinoflagel·lats del gènere Symbiodinium (les zooxantel·les). L’obligació, certament, és mutua, ni el corall pot sobreviure sense el simbiodini, ni es coneixen simbiodinis de vida lliure. Fet i fet, quan parlem de “corall”, hi incloem el conjunt de corall+dinoflagel·lat (l’holobiont) i, per tant, podem dir que el corall és capaç de fixar CO2 i de dipositar-lo en forma de carbonat càlcic (concretament, aragonita), per constituir l’autèntic esquelet dels esculls.

El fet que els coralls siguin uns animals sèssils (salvat l’estat larvari), podria fer pensar que el genoma coral·lí seria relativament senzill en comparació amb altres grups zoològics. No és pas el cas. El genoma d’Acropora digitifera, amb 23.700 gens putatius no és gaire lluny del nombre de gens (uns 30.000) que trobem en el genoma humà. La grandària del genoma, estimada per citometria de flux, és de 420 Mbp, una xifra similar a la trobada en l’anèmona Nematostella vectensis.

Acropora digitifera: una espècie model de corall

El projecte de seqüenciar el genoma complet d’Acropora digitifera, per part del grup de Nori Satoh, de la Unitat de Genòmica Marina, de l’Institut de Ciència i Tecnologia d’Okinawa, vol superar la manca de dades de biologia molecular dels coralls. Aquesta espècie ha pogut ésser cultivada en l’Aquari de l’Estació de Sesoko, de la Universitat de les Riukius. Les tasques de seqüenciació es van fer a partir d’ADN genòmic extret d’esperma d’aquesta colònia.

El genoma d’Acropora digitifera en xifres

Ja hem parlat de les xifres més generals (420 milions de parells de nucleòtids; 23.668 gens codificants de proteïnes). Un 12,9% del genoma l’ocupen elements transposables.

Dels 23.668 gens de proteïnes, n’hi ha un 7% que no presenten homologies amb els gens registrats a les bases de dades bioinformàtiques. I del 93% que sí tenen homologies, n’hi ha un 11% que tan sols les tenen amb gens coral·lins.

De particular interès, és tot el conjunt de gens d’Acropora digitifera vinculats al sistema immunitari, inclosos els implicats en els mecanismes d’apoptosi (mort cel·lular programada) i d’autofàgia (reaprofitament nutricionals de components propis). El sistema immunitari d’Acropora digitifera mostra una gran versatilitat en la resposta contra antígens, particularment a través dels dominis proteics NACHT/NB-ARC, i de ben segur es relacionen amb el control simbiòtic i amb la integració supraindividual en colònies.

La deposició de carbonat càlcic: la base genòmica

En la deposició de carbonat hi intervenen tota una sèrie de gens, com ara les anhidrases carbòniques i proteïnes de la família de les galaxines.

L’associació Acropora-Symbiodinium: l’impacte genètic

És plausible que l’associació entre coralls i simbiodinis tingui, si més no, uns 240 milions d’anys d’antiguitat. Sobta, doncs, que l’anàlisi genòmica d’Acropora no trobi seqüències de dinoflagel•lat integrades en el genoma del cnidari.

La interdependència metabòlica en l’associació Acropora-Symbiodinium

La seqüenciació genòmica d’Acropora digitifera, juntament amb altres dades bioquímiques, pot ajudar a predir les rutes metabòliques d’aquesta espècie. L’associació simbiòtica amb Symbiodinium, de caràcter obligat, ens faria pensar en l’existència de múltiples auxotrofies (és a dir, de multiples necessitats nutricionals del corall, suplides a través del metabolisme del dinoflagel·lat). Certament, aquest és el cas:
– la ruta biosintètica de la cisteïna es troba truncada en el genoma d’A. digitifera. La cisteïna, en les anèmones, per exemple, se sintetitza a partir de la homocisteïna o de la serina a través dues reaccions enzimàtiques, Cbs i Cth. En el genoma d’A. digitifera hi ha gens que codifiquen per l’activitat Cth però no n’hi ha cap per a l’activitat Cbs. Les dades genòmiques, en aquest sentit, confirmen les dades obtingudes a través d’estudis d’expressió gènica (transcriptòmica).

D’altra banda, els esculls coral·lins es troben exposats, particularment, els més propers a la superfície, a una forta radiació ultraviolada. La presència d’aminoàcids de micosporina (MAA), com la shinorina, té una acció fotoprotectora. Són també els MAA un present dels simbiodinis? En aquest cas, la resposta no és afirmativa, ja que l’anàlisi genòmica releva la presència d’un grup de gens (DHQS-like, O-MT, ATP-grasp, NRPS-like) que codificarien la via de síntesi de les MAA.

Un genoma incomplet?

Els mateixos autors concedeixen que caldrà obtenir la seqüència genòmica dels simbiodinis per aprofitar totes aquestes dades i orientar-les als aspectes ambientals. Els impactes vinculats a les emissions antropogèniques de CO2 tenen un doble efecte d’acidificació i d’augment del nivell de la mar. Particularment d’interès, són les galaxines que podrien descobrir-se de nou a partir de la seqüència genòmica de Acropora digitifera, ja que ajudaran a entendre els mecanismes bioquímics de la deposició de carbonat càlcic i del paper que el pH ambiental hi juga.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada