El topo ibérico: intersexualidad y genética

Duplicaciones y variaciones en segmentos de ADN conducen a la masculinización de las hembras de topo ibérico convirtiéndolas en individuos intersexuales

Talpa occidentalis

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Foto: David Carmona / Departamento de genética de la Universidad de Granada

Talpa occidentalis

Los topos son criaturas especiales que se desarrollan en un hábitat extremo. Como mamíferos que se adentran profundamente en la tierra poseen unas patas delanteras con un dedo extra y unos músculos excepcionalmente fuertes. Pero además, una de las cosas que más llama la atención en la especie es que las hembras del topo son intersexuales y pese a ello conservan su fertilidad.

Típico de los mamíferos, las hembras topo están dotadas con dos cromosomas X, sin embargo desarrollan simultáneamente tejidos funcionales ováricos y testiculares, que en dichas hembras están unidos en un único órgano, el ovotestis, algo excepcional en el grupo de los mamíferos.

Hembras con alta testosterona

El tejido testicular de la hembra del topo no produce esperma, sino grandes cantidades de la hormona sexual testosterona, lo que significa que estas poseen niveles similares a los machos. Es de suponer que este "dopaje" natural hace que las hembras sean más agresivas y musculosas, una ventaja para la vida subterránea donde tienen que cavar madrigueras y luchar por los recursos.

Las hembras de topo desarrollan simultáneamente tejidos ováricos y testiculares que están unidos en un único órgano, el ovotestis, algo excepcional entre los mamíferos

Ahora en un estudio publicado en la revista Science, los científicos del Instituto Max Planck de la Historia de la Ciencia informan sobre las peculiaridades genéticas que conducen a este desarrollo sexual característico en los topos. Según el mismo, estas se deben principalmente cambios en la estructura del genoma que conducen a un control alterado de la actividad genética, que además del desarrollo testicular, también estimula las enzimas para la producción de hormonas masculinas en las hembras.

Mecanismos genómicos de la evolución

"Desde Darwin, se ha aceptado generalmente que la diferente apariencia de los organismos vivos son el resultado de cambios graduales en la composición genética que se han transmitido a las generaciones posteriores", explica Stefan Mundlos, líder del grupo de investigación del Instituto Max Planck de Genética Molecular (MPIMG) y Director del Instituto de Genética Médica y Genética Humana de Charité de la Universidad de Berlín. "¿Pero cómo se relacionan en términos concretos los cambios en el ADN y sus manifestaciones en la apariencia de un organismo, y cómo podemos descubrir tales cambios?", plantea el también director del estudio.

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Para responder a esta pregunta, los investigadores han secuenciado completamente el genoma del topo ibérico -Talpa occidentalis- por primera vez. Además, también examinaron la estructura tridimensional del genoma dentro de la célula. En el núcleo, los genes y sus secuencias de control asociadas forman dominios reguladores —-regiones no codificantes del ADN que regulan la transcripción de los genes cercanos— llamadas "vecindades" relativamente aisladas. Esto consiste en grandes regiones donde las secciones de ADN interactúan frecuentemente entre sí. “Presumimos que en los topos, no solo hay cambios en los genes mismos, sino particularmente en las regiones reguladoras que pertenecen a estos genes”, añade Mundlos.

Esto se traduce en que durante el curso de la evolución en los topos, no solo se habrían producido cambios en las bases individuales del ADN, sino que también se habrían desplazado partes más grandes del genoma, explica el investigador. Si los segmentos de ADN se mueven de una ubicación a otra, pueden surgir dominios reguladores completamente nuevos o reorganizados, y por lo tanto, activar nuevos genes mejorando o atenuando su expresión.

El desarrollo testicular en el topo ibérico

“La maduración sexual de los mamíferos es compleja, sin embargo tenemos una idea razonablemente buena de cómo se lleva a cabo este proceso”, explica por su parte Darío Lupiáñez, del Instituto de Biología de Sistemas Médicos de Berlín -BIMSB- y del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular de la Asociación Helmholtz -MDC- a la par que coautor del estudio. "En cierto punto, el desarrollo sexual generalmente progresa en una dirección u otra. Nosotros queríamos saber cómo la evolución modula esta secuencia de eventos en el desarrollo de los topos habilitando las características intersexuales que se observan en ellos", añade.

De hecho, al comparar el genoma con el de los humanos y de otros animales, el equipo descubrió una inversión, es decir, un segmento genómico invertido en una región que se sabe que está involucrada en el desarrollo testicular. Esta inversión hace que se incluyan segmentos de ADN adicionales en el dominio regulador del gen FGF9, que reorganiza el control y la regulación del gen. "Este cambio está asociado con el desarrollo de tejido testicular además de tejido ovárico en los topos hembra", explica la doctora Francisca Martínez Real, autora principal del estudio y científica del MPIMG, así como del Instituto de Genética Médica y Genética Humana de Charité.

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El equipo también descubrió una triplicación de una región genómica responsable de la producción de hormonas sexuales masculinas -andrógenos-, más específicamente el gen de producción de andrógenos CYP17A1. "Esta triplicación agrega secuencias reguladoras adicionales al gen, lo que finalmente conduce a una mayor producción de hormonas sexuales masculinas en los ovotestis (gónadas con aspecto masculino y femenino) de las hembras, especialmente a la producción de más testosterona", añade Real.

Topos salvajes y ratones transgénicos

Los topos por otra parte son animales altamente territoriales y difíciles de mantener en el laboratorio, lo que desafió particularmente el trabajo de los investigadores. "Tuvimos que hacer toda nuestra investigación sobre topos salvajes", informa Lupiáñez. Él y Real pasaron meses en el sur de España recolectando muestras para sus experimentos. "Sin embargo, este inconveniente también se convirtió en una fortaleza en nuestro estudio. Nuestros resultados no se limitan a los animales de laboratorio, sino que amplían nuestro conocimiento a los animales salvajes", concreta la investigadora.

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El equipo demostró que las dos mutaciones del genoma en realidad contribuyen a la sexualidad especial de los topos hembra al crear un modelo en ratones en el que imitan los cambios genómicos observados en los topos. De entre los animales modificados, las hembras tenían niveles de andrógenos tan altos como los ratones macho normales y también eran significativamente más fuertes que sus congéneres inalterados.

La caja de herramientas de la evolución

En los topos, los sexos no están tan claramente delimitados entre sí; las hembras se mueven en un espectro entre fenotipos típicamente femeninos y típicamente masculinos, es decir, son intersexuales. "Nuestros hallazgos son un buen ejemplo de lo importante que es la organización tridimensional del genoma para la evolución", dice Lupiáñez. "La naturaleza hace uso de la caja de herramientas existente de genes del desarrollo y simplemente los reorganiza para crear una característica como la intersexualidad mientras que en dicho proceso, otros sistemas de órganos y otras cualidades del desarrollo no se ven afectados".

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"Históricamente, el término intersexualidad ha causado una controversia considerable", explica Mundlos. "Hubo y continúa existiendo una tendencia a caracterizar los fenotipos intersexuales como condiciones patológicas. Nuestro estudio destaca la complejidad del desarrollo sexual y cómo este proceso puede resultar en una amplia gama de manifestaciones intermedias que son una representación de la variación natural", concluye el autor.

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