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Seminario Noah Whiteman: Edición del genoma en mariposas monarca
La identificación de los mecanismos genéticos de adaptación requiere dilucidar los vínculos entre la evolución de ADN secuencia, fenotipo y aptitud. La evolución convergente se puede utilizar como guía para identificar candidatos mutaciones que subyacen a los rasgos adaptativos y nuevos edición del genoma basado en CRISPR la tecnología está facilitando la validación funcional de estas mutaciones en organismos completos. Combinamos estos enfoques para estudiar un caso clásico de convergencia en insectos de seis órdenes, incluida la mariposa monarca (Danaus plexippus), que han evolucionado de forma independiente para colonizar plantas que producen toxinas de glucósidos cardíacos. Muchos de estos insectos evolucionaron paralelamente aminoácidos sustituciones en la subunidad α (ATPα) de la bomba de sodio (Na + / K + -ATPasa), el objetivo fisiológico de los glucósidos cardíacos.
Aquí describimos rutas mutacionales que involucran tres sitios de aminoácidos que cambian repetidamente (111, 119 y 122) en ATPα que están asociados con la especialización en glucósidos cardíacos. Luego realizamos CRISPR–Cas9 edición de base en el nativo Atpα gen en moscas de Drosophila melanogaster y recorrió el camino mutacional tomado a través del linaje de la monarca. Mostramos in vivo, in vitro e in silico que la ruta confería resistencia e insensibilidad al sitio objetivo a los glucósidos cardíacos, culminando en 'moscas monarca' triples mutantes que eran tan insensibles a los glucósidos cardíacos como las mariposas monarca. Las 'moscas monarca' retuvieron pequeñas cantidades de glucósidos cardíacos a través de la metamorfosis, un rasgo que se ha optimizado en las mariposas monarca para disuadir a los depredadores. El orden en el que evolucionaron las sustituciones se explicó por la mejora de la pleiotropía antagonista a través de la epistasis. Nuestro estudio arroja luz sobre cómo la mariposa monarca desarrolló resistencia a una clase de toxinas vegetales, que finalmente se volvió desagradable y cambió la naturaleza de las interacciones de las especies dentro de las comunidades ecológicas.
La edición del genoma remonta la evolución de la resistencia a las toxinas
en la mariposa monarca
Profesor asociado, Departamento de Biología Integrativa
Universidad de California, Berkeley
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