estudio comparativo del genoma mitocondrial en …
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ESTUDIO COMPARATIVO DEL GENOMA MITOCONDRIAL EN ANFIBIOS Y
REPTILES: RELACIÓN ENTRE LAS REORGANIZACIONES GENÓMICAS Y LA
SELECCIÓN
MARÍA PAULA MONTAÑA LOZANO
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de
Biólogo
Director
CARLOS FERNANDO PRADA QUIROGA
Doctor en genética
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
FACULTAD DE CIENCIAS
PROGRAMA BIOLOGÍA
IBAGUÉ-TOLIMA
2019
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AGRADECIMIENTOS
La autora de esta investigación desea expresar sus más sinceros agradecimientos a
las siguientes personas:
A mis padres a los que siempre pude recurrir por palabras de consuelo y quienes siempre
me brindaron su apoyo a lo largo de toda la carrera.
Al profesor Carlos Fernando Prada Quiroga por brindarme su conocimiento, por sus
palabras de motivación, orientación y paciencia en todo el proceso de investigación.
A mi equipo de trabajo Natalia Sofía Medina Camacho y Jesús Mauricio Ochoa Capera
por su ayuda y consejos a la hora de realizar la metodología y discutir los resultados, y
en especial a mi compañera y amiga Manuela Alejandra Moreno Carmona por siempre
estar dispuesta a responder mis dudas y por ofrecerme su incondicional apoyo en el
desarrollo de este trabajo.
Al Grupo de Investigación en Biología y Ecología de Artrópodos y a la Unidad de
Bioinformática de la Universidad del Tolima por su acogida.
4
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 11
1. OBJETIVOS .............................................................................................................. 14
1.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 14
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................... 14
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 15
2.1 MITOCONDRIA ....................................................................................................... 15
2.2 VARIABILIDAD ESTRUCTURAL ............................................................................ 17
2.3 ANFIBIOS Y REPTILES COMO MODELOS ........................................................... 19
3. DISEÑO METODOLÓGICO ...................................................................................... 21
3.1 TIPO DE ESTUDIO ................................................................................................. 21
3.2 RECOLECCIÓN DE DATOS ................................................................................... 21
3.3 ERRORES DE ANOTACIÓN .................................................................................. 21
3.4 VARIABILIDAD ESTRUCTURAL ............................................................................ 22
3.5 VARIABILIDAD EN LA REGIÓN CONTROL. .......................................................... 23
3.6 CORRELACIÓN ENTRE VARIABILIDAD Y ADAPTACIÓN BIOLÓGICA. .............. 24
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................. 25
4.1 ERRORES DE ANOTACIÓN. ................................................................................. 25
4.2 VARIABILIDAD ESTRUCTURAL ............................................................................ 28
4.3 VARIABILIDAD EN LA REGIÓN CONTROL. .......................................................... 49
5. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 65
RECOMENDACIONES ................................................................................................. 66
5
REFERENCIAS............................................................................................................. 67
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Número de genes en los genomas mitocondriales de anfibios y reptiles que se
encuentran con rearreglos por lo que difieren de la secuencia ancestral reportada para
vertebrados y que fueron confirmados o refutados. ...................................................... 25
Tabla 2. Número de genes con eventos de duplicaciones, deleciones o inversiones-
translocaciones encontrados en los mitogenomas de anfibios y reptiles. ..................... 29
Tabla 3. Número de regiones sin anotar identificadas como ganancia génica, duplicación
parcial o duplicación total de la región control en los genomas de anfibios y reptiles. .. 54
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Representación esquemática del genoma mitocondrial ancestral de
vertebrados. .................................................................................................................. 18
Figura 2. Identificación de errores de anotación.. ......................................................... 26
Figura 3. Principales reorganizaciones en los genomas mitocondriales de anfibios y
reptiles. .......................................................................................................................... 33
Figura 4. Número de rearreglos por cada uno de los genes del genoma mitocondrial de
anfibios y reptiles .......................................................................................................... 37
Figura 5. Filogenia de inversiones-translocaciones, duplicaciones y deleciones para las
especies con rearreglos de la clase Amphibia. ............................................................. 42
Figura 6. Filogenia taxonómica de la clase Amphibia con rearreglos del genoma
mitocondrial. .................................................................................................................. 43
Figura 7. Disposición de genes en los genomas de ancestros hipotéticos presentes en
las filogenias de inversiones-translocaciones de anfibios y reptiles .............................. 44
Figura 8. Filogenia de inversiones-translocaciones, duplicaciones y deleciones para las
especies con rearreglos de la clase Reptilia.. ............................................................... 45
Figura 9. Filogenia taxonómica de la clase Reptilia con rearreglos del genoma
mitocondrial. .................................................................................................................. 46
Figura 10. Diagrama de cajas y bigotes del tamaño de la región control dada en pares
de bases para los grupos taxonómicos de anfibios y reptiles ....................................... 51
Figura 11. Promedio de los tamaños de la región control de los grupos taxonómicos de
anfibios y reptiles........................................................................................................... 53
Figura 12. Verificación de regiones intergénicas como ganancia génica, duplicación
parcial de la región control o duplicación total de la región control. .............................. 55
Figura 13. Promedio de la identidad de los alineamientos de la región control por grupos
taxonómicos de anfibios y reptiles................................................................................. 58
Figura 14. Alineamientos entre especies de la misma familia de anfibios y reptiles, y su
respectivo porcentaje de identidad. ............................................................................... 59
8
Figura 15. Alineamientos de los grupos taxonómicos que no presentan regiones
altamente conservadas en la región control. ................................................................. 60
Figura 16. Alineamientos de los grupos taxonómicos que presentan regiones altamente
conservadas en la región control................................................................................... 62
Figura 17. Contenido de G+C total en la región control y de las zonas conservadas de
esta en los diferentes grupos taxonómicos de anfibios y reptiles. ................................. 63
Figura 18. Análisis del tamaño de la región control y el promedio de la identidad de los
alineamientos por órdenes taxonómicos de anfibios y reptiles. .................................... 64
9
RESUMEN
Introducción: Se han encontrado rearreglos en el orden de los genes mitocondriales en
anfibios y reptiles que presuntamente serían responsables del desarrollo de estrategias
metabólicas. Por esta razón, se buscó identificar el nivel de variabilidad de los
mitogenomas en anfibios y reptiles, relacionándolos con procesos adaptativos.
Materiales y métodos: Fueron analizados 555 mitogenomas completos de anfibios y
reptiles, procedentes de NCBI. Se confirmó la correcta anotación de sus genes, se
determinaron las reorganizaciones, se realizó una filogenia de inversiones-
translocaciones, se analizaron regiones control, en donde se determinó su tamaño y
porcentaje de identidad mediante alineamientos. Se relacionaron las adaptaciones
reportadas para los grupos taxonómicos con caracteres obtenidos de variabilidad
estructural. Resultados y discusión: Se encontró un bajo porcentaje de genomas con
errores de anotación. Se confirmaron reorganizaciones en el 44% de los mitogenomas,
siendo las inversiones-translocaciones las más comunes. La filogenia de inversiones
evidenció que las reorganizaciones se agrupan según criterios taxonómicos. Se
evidencia genomas excepcionalmente grandes con extensas duplicaciones y regiones
control largas. Se determinó que existen grupos taxonómicos con una alta tasa de
reorganización, y no existen convergencias del orden de los genes entre los grupos
analizados; sin embargo, las reorganizaciones se agrupan taxonómicamente, esto
sugiere que en anfibios como en reptiles el orden de los genes mitocondriales no es tan
conservado como lo reportan diferentes autores. Se presentan las primeras evidencias
de reorganizaciones genómicas relacionadas a procesos adaptativos, además se
propone a la región control una zona clave para entender la evolución del mitogenoma.
Palabras clave: Genoma mitocondrial, Rearreglos mitocondriales, Anfibios, Reptiles,
Adaptación.
10
ABSTRACT
Introduction: Rearrangements have been found in the order of mitochondrial genes in
amphibians and reptiles that are allegedly responsible for the development of metabolic
strategies. For this reason, we sought to identify the level of variability of mitogenomas in
amphibians and reptiles, relating them to adaptive processes. Materials and methods:
555 complete mitogenomas of amphibians and reptiles, of the NCBI database. The
correct annotation of their genes was confirmed, the reorganizations were determined,
an inversion-translocation phylogeny was elaborated, the control regions were analyzed,
where their size and percentage of identity was determined by alignments. The
adaptations reported for taxonomic groups were related to specific characters of structural
variability. Results and discussion: A low percentage of genomes with annotation errors
was found. Reorganizations were confirmed in 44% of the mitogenomes, with inversions-
translocations being the most common. The phylogeny of inversions shows that
reorganizations are grouped according to taxonomic criteria. Exceptionally large
genomes with extensive duplications and long control regions are evident. It was
determined that there are taxonomic groups with a high rate of reorganization, and there
are no convergences of the order of genes between the groups analyzed; however,
reorganizations are taxonomically grouped, this classifies that in amphibians as in reptiles
the order of mitochondrial genes is not as conserved as reported by different authors. The
first evidence of genomic reorganizations related to adaptive processes is presented, in
addition the control region of a key area is proposed to understand the evolution of the
mitogenome.
Keywords: Mitochondrial genome, Mitochondrial rearrangements, Amphibians, Reptiles,
Adaptation.
11
INTRODUCCIÓN
La mitocondria es un orgánulo subcelular presente en la mayoría de los eucariotas, la
cual es descendiente de una alfa proteobacteria que se asentó en un miembro temprano
del linaje eucariótico (Lang, Gray, & Burger, 1999; Saccone, Pesole, & Sbisa, 1991), el
cual contiene su propio genoma, además de sistemas para la transcripción y traducción
que están separados de los del citoplasma. En animales, los genomas mitocondriales
generalmente son circulares, con un tamaño de 15 a 20 kb y usualmente contienen el
mismo conjunto de 37 genes que codifican 13 proteínas (atp6, atp8, cob, cox1-3, nad1-
6, nad4L), 2 RNA ribosomal (rRNAs; rrnS y rrnL) y 22 tRNAs (trnX donde X es el código
de letra correspondiente al aminoácido) (Boore, Macey, & Medina, 2005). Además,
también suele contener dos regiones no codificantes; la región de control (RC) y el origen
de replicación de la cadena ligera (OL) (Shadel & Clayton, 1997). Las proteínas
codificadas por el ADN mitocondrial de las cuales se conoce su función (como citocromo
b, citocromo oxidasa subunidades I, II, III y ATP sintasa subunidad 6), normalmente son
portadoras de protones de la fosforilación oxidativa, e interactúan en la generación,
mantenimiento o utilización del gradiente electroquímico de la membrana interna
mitocondrial (Saraste, 1999). El uso de ADN mitocondrial en estudios evolutivos y
comparativos es frecuente pues se tiene un conjunto compacto de genes, con pocos
nucleótidos intergénicos no codificantes, no hay recombinación, su herencia es materna,
y su evolución es más rápida en comparación con secuencias nucleares; por lo que el
genoma mitocondrial es un excelente modelo para estudiar la evolución molecular, la
estructura y función genómica, la filogenética y la biodiversidad (Eo & DeWoody, 2010;
Pereira, 2000).
Por otro lado, los anfibios y reptiles representan una gran diversidad de especies que se
encuentran ampliamente distribuidas por todo el mundo, siendo un componente
abundante y diverso de muchos ecosistemas terrestres y de agua dulce, que contribuyen
a una amplia gama de funciones ecológicas cumpliendo roles esenciales en los ciclos de
nutrientes, polinización, bioturbación y dispersión de semillas, además de ser parte de
12
los flujos de energía en las cadenas tróficas siendo predadores o presas (Cortes, Ruiz-
Agudelo, Valencia-Aguilar, & Ladle, 2014). Sin embargo, son poco estudiados a
diferencia de otros grupos taxonómicos como los mamíferos o las aves, y el conocimiento
científico de algunos aspectos como sus relaciones filogenéticas, taxonomía y biología
molecular aún son inconsistentes o incompletos (Valencia-Aguilar, Cortés-Gómez, &
Ruiz-Agudelo, 2013). Se ha reportado que existen diferencias en el tamaño del
mitogenoma entre especies de diferentes hábitos térmicos; individuos con tasas
metabólicas bajas/ectotermos exhiben tamaños de ADN mitocondrial más largos,
variables, con más mutaciones y duplicaciones que las especies con tasas metabólicas
altas/endotermos (Rand, 1993), por lo que sería importante comprobar si esta hipótesis
se cumple para las diferentes especies de anfibios y reptiles, y en parte poder explicar el
origen de las variaciones en el ADN mitocondrial.
Las variaciones dentro del genoma mitocondrial presuntamente tendrían consecuencias
fisiológicas reflejadas en la respiración oxidativa, cambiando el equilibrio de todo el
sistema y, por consiguiente, provocando la acumulación de mutaciones a lo largo de
muchas generaciones que resultará en la divergencia de las secuencias de ADN
mitocondrial y el desarrollo de nuevas estrategias metabólicas para hacer frente a los
entornos cambiantes. Esta variación en dichos genes puede influir directamente en el
rendimiento metabólico y, debido a la importancia de la ruta bioquímica involucrada, la
evaluación de las presiones selectivas que actúan sobre el genoma mitocondrial podría
proporcionar una idea clave de la evolución adaptativa del mismo (da Fonseca, Johnson,
O'Brien, Ramos, & Antunes, 2008; Wallace, 2007). Esto sumado a que los requisitos
metabólicos varían según las especies, se puede evaluar la diferenciación relacionada
con adaptaciones metabólicas teniendo en cuenta además, que se generaliza en la idea
de que los rearreglos en el genoma mitocondrial de vertebrados son pocos, y la mayoría
de los órdenes taxonómicos están conservados (Pereira, 2000). Debido a todo lo
anteriormente planteado es necesario corroborar esta información, puesto que
especialmente en algunos anfibios (Mueller & Boore, 2005; Pereira, 2000; Su, Wu, Yan,
Cao, & Hu, 2007; Sumida et al., 2001; Xia et al., 2014) y reptiles (Kumazawa & Nishida,
1995; Kumazawa, Ota, Nishida, & Ozawa, 1998; Macey, Schulte, & Larson, 2000;
13
Okajima & Kumazawa, 2010; Pereira, 2000; Yan, Li, & Zhou, 2008) se han encontrado
extensos reordenamientos de diferentes tipos (inversión-translocación, duplicación y
deleción de genes), que podrían estar relacionados, o bien, explicar adaptaciones
diferenciales que presentan los mismos.
Adicionalmente, es importante resaltar que la mayoría de los estudios en el área han
utilizado pocas especies o solo algunos genes en sus análisis, y puesto que la
arquitectura del genoma mitocondrial puede variar drásticamente entre especies no
cercanas evolutivamente (Kumazawa et al., 1998; Kurabayashi et al., 2008; Y. Xia, Y.
Zheng, R. W. Murphy, & X. Zeng, 2016) es necesario evaluar diversos linajes
filogenéticos y una gran muestra de genes para identificar patrones genéticos y así tener
conclusiones sólidas sobre el vínculo entre la evolución del genoma y la diversificación
biótica. La actual disponibilidad de realizar análisis comparativos del genoma
mitocondrial completo de cientos de especies diferentes a la vez, podría ser una
herramienta valiosa que visualice las relaciones entre los cambios en el ADN mitocondrial
y los rasgos adaptativos ocurridos en la evolución de anfibios y reptiles. Por lo que se
plantean las siguientes preguntas de investigación: ¿Existen variaciones en el genoma
mitocondrial inter e intra específicamente entre anfibios y reptiles? de ser así, ¿Qué
relación puede ser sugerida entre estas variaciones y los procesos adaptativos más
relevantes referenciados en la evolución de anfibios y reptiles?
14
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Identificar variaciones inter e intra especificas en los genomas mitocondriales de anfibios
y reptiles, y sugerir relaciones entre esta variabilidad y los procesos adaptativos más
relevantes en la evolución de estos organismos que puedan estar relacionados con el
metabolismo.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar las reorganizaciones presentes en el mitogenoma en anfibios y
reptiles.
Asociar los cambios en el genoma mitocondrial a procesos adaptativos
relacionados con el metabolismo en anfibios y reptiles.
15
2. MARCO TEÓRICO
2.1 MITOCONDRIA
Se ha propuesto que el genoma mitocondrial se originó gracias a una bacteria altamente
emparentada a las α-proteobacterias como lo indican los análisis filogenéticos de genes
codificadores de ARN ribosomal (Lang et al., 1999). La secuenciación de cientos de
organismos diferentes también ha demostrado que los genomas mitocondriales se han
sometido, en extensión variable, a un proceso de simplificación o también llamada,
evolución reductiva (Andersson & Kurland, 1998), lo que lleva a una pérdida marcada de
la capacidad de codificación en comparación con la de sus parientes eubacterianos más
cercanos. También, el contenido de genes diferenciales en el ADN mitocondrial es
atribuible principalmente a la transferencia de genes desde la mitocondria al núcleo
(Gray, Burger, & Lang, 2001).
Se consideran dos hipótesis que proponen el origen de la mitocondria, el "escenario de
Archezoa" y el "escenario de simbiogénesis" (Koonin, 2010). En el escenario de
Archezoa el huésped del endosimbionte fue un hipotético eucariota primitivo
amitocondrial, denominado Archezoa. Por el contrario, en el escenario de la
simbiogénesis hubo un único evento endosimbiótico que involucró la captación de un α-
Proteobacterium por una Archaea ancestral, lo que llevó a la generación de las
mitocondrias, seguido posteriormente por la evolución del núcleo y la compartimentación
de la célula eucariota. El escenario de Archezoa se aproxima lo más posible a la hipótesis
endosimbionte clásica de origen mitocondrial, mientras que la hipótesis del hidrógeno es
un ejemplo del escenario de simbiogénesis (Martin & Müller, 1998). Una diferencia
fundamental entre estos dos escenarios es si la endosimbiosis α-proteobacteriana que
dio lugar a la proto-mitocondria ocurrió al mismo tiempo y fue integral a la formación de
la célula eucariótica (escenario de simbionogénesis) o se produjo posteriormente a la
formación de una célula primitiva amitocondriada, que sirvió como huésped y que ya era
esencialmente eucariótica (escenario archezoan) (Gray, 2012).
16
En los vertebrados, el ADN mitocondrial (ADNmt) está presente en múltiples copias,
generalmente 103-104 copias/célula, y está implicado en la expresión de 13 componentes
polipeptídicos de los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria ubicados en la
membrana mitocondrial interna (Cameron, 2014). Se presume que los 13 componentes
codificados por el ADNmt son esenciales porque son necesarios para la fosforilación
oxidativa en la mitocondria y, por lo tanto, para la producción de ATP celular. Todos los
componentes mitocondriales restantes están codificados por genes nucleares y dirigidos
al orgánulo por sistemas de importación mitocondrial específicos, además, la molécula
de ADN mitocondrial también codifica dos moléculas de ARN ribosomal y un conjunto
completo de 22 tRNAs que se requieren para la traducción de los ARNm codificados por
ADNmt en la matriz mitocondrial (Shadel & Clayton, 1997).
Las enzimas de la membrana interna mitocondrial involucradas en la fosforilación
oxidativa se dividen en cinco complejos, y solamente tres de estas enzimas conservan
la energía en la cadena respiratoria mediante el transporte activo de protones. El
complejo I, o NADH: ubiquinona oxidorreductasa, es el más grande de estos. Esta
enzima en mamíferos contiene 42-43 subunidades diferentes, siete u ocho centros FeS
diferentes, un mononucleótido de flavina, lípidos unidos covalentemente y al menos tres
moléculas de quinol unidas. El complejo II, succinato: ubiquinona reductasa, es parte del
ciclo de Krebs y transfiere electrones del succinato a la reserva de ubiquinona en la
cadena de transporte de electrones. El citocromo bc1 (complejo III), provee electrones
desde el ubiquinol hasta el citocromo c, acopla esta reacción redox a la generación de
un gradiente de protones a través de la membrana mediante el ciclo Q. El citocromo
oxidasa (complejo IV) genera un gradiente de protones transmembranal por un
mecanismo diferente al del citocromo bc, su sustrato, el citocromo c, es una
hemoproteína soluble en agua que dona electrones en el lado citoplásmico de la
membrana interna mitocondrial, estos se transfieren al sitio activo que contiene un hierro
hemo y un cobre, y se utilizan para reducir O2 en dos moléculas de agua. Y finalmente,
el complejo V, la ATP sintasa mitocondrial es una enzima funcionalmente reversible:
sintetiza ATP utilizando una fuerza protonomotriz a través de la membrana y puede
17
hidrolizar ATP para bombear protones contra un gradiente electroquímico (Saraste,
1999).
2.2 VARIABILIDAD ESTRUCTURAL
La variabilidad en el ordenamiento de los genomas es el resultado de extensos procesos
de evolución, influenciados principalmente por mutaciones, deriva génica y selección
natural, por lo que la inferencia de eventos de reordenamientos que se dan en los
genomas, en este caso específicamente en los mitocondriales, como las duplicaciones,
deleciones e inversiones-translocaciones, es crucial en la evolución comparativa. Los
reordenamientos genéticos entonces, se consideran eventos evolutivos raros, y como tal
la existencia de un orden genético derivado compartido entre taxones es a menudo
indicativo de ascendencia común, o por el contrario, un raro evento de convergencia
(Singh, 2008).
Se sabe que los reordenamientos del genoma mitocondrial pueden tener implicaciones
funcionales en la expresión génica y la replicación del genoma. Además, la comparación
de estos rearreglos se ha utilizado para esclarecer filogenias y han proporcionado
información sobre patrones y probabilidades relativas de diversos cambios estructurales
(Prada & Boore, 2019). A raíz de esto, se ha propuesto por ejemplo, que la aparente
escasez de heteroplasmia que se da en los mamíferos está directamente relacionada
con que estos organismos sean homeotermos pues debido a sus tasas metabólicas más
altas pueden experimentar una selección más fuerte y presentar mitogenomas más
pequeños y menos variables que las especies de poiquilotermos (Wilkinson & Chapman,
1991).
Debido a que el mitogenoma animal no posee intrones, hay muy pocos espacios
intergénicos y carece de recombinación, los reordenamientos que se dan en los genes
generalmente se interpretan como el resultado de una duplicación en tándem causada
por errores de replicación, como lo explica, por ejemplo, el modelo de duplicación en
tándem y pérdida aleatoria (TDRL) (Boore, 2000). Sin embargo, la reciente evidencia de
18
procesos de recombinación en el genoma mitocondrial obliga a reconsiderar varias
teorías de duplicaciones hipotéticas y reordenamientos genéticos (Kurabayashi &
Sumida, 2013).
Figura 1. Representación esquemática del genoma mitocondrial ancestral de
vertebrados.
Fuente: Modificado de Yoon, Koob, and Yoo (2010).
Se dice que el orden de los genes mitocondriales está altamente conservado en los
vertebrados (Figura 1) (Pereira, 2000); a excepción de la región flanqueante de la región
control, la cual es más propensa a presentar rearreglos de genes (Singh, 2008). La RC
es la región no codificante del ADN mitocondrial que contiene el sitio de iniciación para
la replicación de la cadena pesada y transcripción de la cadena ligera, además de su
importante función, se presume que es la región que evoluciona más rápidamente en
toda la molécula, pues acumula sustituciones nucleotídicas a un ritmo considerablemente
más rápido que una sola copia de ADN nuclear (Brown, Gadaleta, Pepe, Saccone, &
19
Sbisà, 1986). Esta región tiene un tamaño entre 880 y 1400 pb, sin embargo, este tamaño
puede variar debido principalmente a duplicaciones de las regiones en tándem o
deleciones en algunas especies (Sbisà, Tanzariello, Reyes, Pesole, & Saccone, 1997).
2.3 ANFIBIOS Y REPTILES COMO MODELOS
Los anfibios son una clase de vertebrados anamniotas, se caracterizan por ser
tetrápodos ectotérmicos, con respiración branquial durante la fase larvaria y
pulmonar/dérmica al alcanzar el estado adulto (Vitt & Caldwell, 2013). La clase Amphibia,
está compuesta por tres subclases: Lissamphibia, Temnospondyli y Lepospondyli.
Lissamphibia, incluye a todos los representantes vivos, que forman tres clados; ranas
(Salientia), salamandras (Caudata) y cecilias (Gymnophiona), cada una fácilmente
reconocible en función de sus planes corporales altamente distintivos. Los anuros
generalmente tienen bocas grandes y ojos saltones, pero columnas vertebrales cortas y
sin colas, con poderosas extremidades posteriores para saltar, es el clado más numeroso
con unas 5700 especies (Vitt & Caldwell, 2013). El clado de las salamandras se conforma
de aproximadamente 576 especies, son tetrápodos de aspecto más típico, con cola y
cuatro patas; sin embargo, algunas especies acuáticas o fosoforiales tienen
extremidades reducidas y troncos alargados. Finalmente, las cecilias son alargadas, sin
extremidades, sin cola, y tienen anillos ranurados que rodean el cuerpo, estas usan un
tentáculo distintivo anterior y por debajo del ojo para la quimiorrecepción. Aunque la
mayoría de las 176 especies son fosoriales, un pequeño linaje es de hábitats acuáticos
(Hedges & Kumar, 2009).
Los reptiles (clase Reptilia) o también denominados Sauropsida, son animales
vertebrados amniotas provistos de escamas epidérmicas de queratina, el cual se
compone por tres grupos con diferentes orígenes evolutivos y diferencias morfológicas
considerables (Vitt & Caldwell, 2013). El grupo que aparentemente se separó primero y
que posee características más ancestrales fue Anapsida, al cual pertenecen las tortugas;
los otros dos grupos se denominaron Diapsida, al que pertenecen los Lepidosaurios o
lagartos con escamas y los Archosaurios o lagartos antiguos, al cual pertenecen los
20
cocodrilos, dinosaurios y aves. Dentro de los Lepidosaurios se incluyen dos órdenes:
Squamata, en el cual se encuentran las lagartijas (Lacertilia), serpientes (Serpentes) y
anfisbenas (Amphisbaenia), y el orden Rhynchocephalia o tuataras. Crocodylia incluye
caimanes, cocodrilos y gaviales con veinticuatro especies vivas actualmente reconocidas
(Grigg, 2015).
21
3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1 TIPO DE ESTUDIO
Básico, cuasiexperimental y documental.
3.2 RECOLECCIÓN DE DATOS
Se obtuvieron 555 secuencias del genoma mitocondrial de anfibios (241 secuencias) y
reptiles (314 secuencias), descargados en formato FASTA y GenBank de la base de
datos Organelle de NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse#!/organelles/) o
de búsqueda manual en Nucleotide de NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucleotide/)
específicamente para familias poco representadas. Este procedimiento se inició en
marzo del 2018 y finalizó en noviembre del 2018. Una vez obtenidas las secuencias se
clasificaron según la taxonomía (orden y familia) de acuerdo a diferentes bases de datos
como Integrated Taxonomic Information System
(https://www.itis.gov/advanced_search.html), Taxonomy Browser de NCBI
(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy), The Reptilia Database (http://www.reptile-
database.org/) y Amphibia Web (https://amphibiaweb.org/search/index.html).
3.3 ERRORES DE ANOTACIÓN
Se analizaron regiones en los genomas mitocondriales con deleciones, translocaciones-
inversiones y/o duplicaciones de genes, en busca de errores de anotación. Para esto,
cada secuencia fue comparada con la secuencia ancestral propuesta por Pereira (2000),
identificando las regiones que presenten alguna alteración con respecto al de referencia.
Posteriormente, se procedió a extraer y utilizar diferentes herramientas bioinformáticas
para corroborar si las anotaciones eran correctas o no, entre las herramientas usadas se
incluyen alineamientos con el algoritmo múltiple Muscle (Edgar, 2004) y Blast2seq
(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) para comprobar la identidad de una secuencia
22
con reorganizaciones contra otra secuencia evolutivamente cercana; mientras que
tRNAscan-SE 2.0 (Lowe & Chan, 2016), MITOS web server (M. Bernt et al., 2013) y
ARWEN web server (Laslett & Canback, 2008) se usaron para corroborar la anotación,
tamaño y orientación de los tRNAs y genes codificantes.
3.4 VARIABILIDAD ESTRUCTURAL
3.4.1 Reorganizaciones en las secuencias mitocondriales. A partir de las secuencias
depuradas (confirmadas las reorganizaciones), mediante análisis observacional, se creó
una matriz de datos usando el programa Geneious versión 4.8.5 (Kearse et al., 2012),
en donde se comparó la secuencia ancestral reportada para vertebrados por Pereira
(2000) contra las secuencias descargadas de anfibios y reptiles; fueron clasificadas las
reorganizaciones como inversiones-translocaciones, duplicaciones y deleciones.
3.4.2 Filogenia de inversiones. Para este análisis, se tuvo en cuenta la disposición
numérica de los genes (de 1 a 37, teniendo en cuenta a 1 como el gen trnF, dos rrnS; y
así sucesivamente) y su orientación (siento identificada la orientación plus/plus como +
y la orientación plus/minus como -) (aquí y en adelante, los arreglos de los genes de
tRNA se indicarán mediante el código de una letra según la nomenclatura IUPAC y con
un signo menos para indicar la orientación de la cadena opuesta, en donde por ejemplo
la secuencia de genes de tRNA como trnW, trnA, trnN, trnC, trnY; serán mencionados
como WANCY) para ser introducida en los programas a través de una matriz numérica
por especie en formato txt tipo FASTA (ejemplo, > nombre científico 1 2 3 4 5 6 7 -8….),
esto con el fin de determinar el número de pasos entre las inversiones/translocaciones
presentadas. A partir de esta matriz numérica, se realizó una filogenia de inversiones-
translocaciones utilizando los softwares GRIMM (Tesler, 2002), y UniMoG (Hilker,
Sickinger, Pedersen, & Stoye, 2012) para identificar mediante los algoritmos GRAPPA,
Hannenhalli y Pevzner (HP) y DCJ eventos de reordenamientos comunes en los
genomas mitocondriales por medio de distancias de inversión y genómicas, se utilizó
MGR (Lin, Zhao, Lowcay, Shahab, & Bourque, 2010) con el fin de representar las
similaridades de los genomas de anfibios y reptiles en filogenias individuales y estas se
23
visualizaron mediante FigTree versión 1.4.3 (http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/).
Debido a que el programa GRIMM no considera indels (inserciones y deleciones) estos
eventos fueron agregados manualmente en las filogenias con CorelDRAW versión
21.0.0.593. Además, se seleccionaron las especies en las que únicamente se
identificaron eventos de duplicación y deleción para realizar una filogenia aparte con el
software PAUP (Swofford, 2001). Finalmente, se usaron filogenias taxonómicas de
anfibios (Wiens, 2007) y reptiles (Hedges & Kumar, 2009; Pyron, Burbrink, & Wiens,
2013) para resumir las generalidades de los rearreglos según los resultados de las
filogenias realizadas por GRIMM y UniMoG y encontrar posibles convergencias en el
ordenamiento de los genes. Para esto, se incluyeron en las filogenias los eventos de
reorganización cuando más del 50% de las especies de una familia lo compartían, de
igual forma cuando las familias contenían especies con y sin reorganizaciones se
marcaron con un asterisco (*).
3.5 VARIABILIDAD EN LA REGIÓN CONTROL.
3.5.1 Análisis en la estructura de la región control. Mediante el programa Geneious
(Kearse et al., 2012), se extrajeron las regiones control de todos los genomas
mitocondriales, se creó una matriz de datos con el tamaño en pares de bases de estas
regiones y se realizó un boxplot para observar la variabilidad que presenta el tamaño de
la región control entre los diferentes órdenes. Además, en el caso de que los genomas
tuvieran regiones adicionales con un tamaño mayor a 100 pb se utilizó blast2sequence
y alineamientos pareados, para identificar si el origen de estas regiones era por
duplicación o ganancia génica.
3.5.2 Análisis nucleotídico de la región control. Se alinearon las regiones control
extraídas según los órdenes taxonómicos con el programa Muscle (Edgar, 2004) para
determinar la identidad nucleotídica entre estos, y se corrió un coeficiente de correlación
de Pearson mediante InfoStat (Di Rienzo, Casanoves, Balzarini, Tablada & Robledo,
2015) para comprobar si la identidad de los alineamientos y el promedio del tamaño de
la región control son variables independientes o dependientes. Adicionalmente, se
24
identificaron en los alineamientos regiones con una identidad nucleotídica alta, a las que
se denominó como zonas conservadas, y en estas se calculó el porcentaje de G+C
mediante Geneious (Kearse et al., 2012).
3.6 CORRELACIÓN ENTRE VARIABILIDAD Y ADAPTACIÓN BIOLÓGICA.
Se consideraron diferentes generalidades y características adaptativas que son
relevantes para los grupos taxonómicos o especies analizadas, en estos se incluyeron
comparación de tasas metabólicas entre los órdenes, requisitos metabólicos o
características que influyeran en la fijación de reorganizaciones como el endemismo.
Esto con el fin de encontrar posibles relaciones entre estas cualidades y los datos
obtenidos en los análisis de variabilidad estructural y región control.
25
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 ERRORES DE ANOTACIÓN.
Se encontró en 26 de los 241 (8% de los genomas analizados) genomas mitocondriales
de anfibios al menos un error de anotación, en total fueron encontrados 30 genes mal
anotados (Tabla 1) y se confirmó que la mayoría de estos se dieron en los trnE y trnP,
además, gran parte fueron detectados en especies del orden Anura.
Tabla 1. Número de genes en los genomas mitocondriales de anfibios y reptiles que se
encuentran con rearreglos por lo que difieren de la secuencia ancestral reportada para
vertebrados y que fueron confirmados o refutados.
Grupo
taxonómico
No.
Especies
Genes con
rearreglos
No.
confirmado
No.
refutado
Amphibia
Gymnophiona 31 15 15 0
Caudata 86 34 25 9
Anura 124 243 222 21
Total 241 292 262 30
Reptilia
Testudines 85 32 7 25
Amphisbaenia 8 10 8 2
Lacertilia 111 152 112 40
Serpentes 91 306 285 21
Sphenodontia 1 10 9 1
Crocodylia 18 54 54 0
Total 314 564 475 89
Fuente: Autor.
26
En la clase Reptilia se hallaron 51 genomas (16% de los genomas analizados) con al
menos un error de anotación, en los cuales 89 genes se verificaron como mal anotados
(Tabla 1), y dentro de estos 40 errores fueron detectados en Lacertilia. Estos se dieron
especialmente en los trnY, trnP y trnS en los subordenes Lacertilia y Serpentes del orden
Squamata. Ejemplos de errores de anotación visualizados mediante distintas
herramientas bioinformáticas usadas se muestran en la Figura 2.
Figura 2. Identificación de errores de anotación.
Fuente: Autor.
Las bases de datos que recopilan secuencias completas, como lo son, por ejemplo, los
genomas mitocondriales usados en los análisis de este trabajo, si bien permiten la
recuperación de datos, se sabe que no detectan y corrigen numerosos errores presentes
en anotaciones génicas (Gissi, Iannelli, & Pesole, 2008) a pesar de que bases de datos
como NCBI utiliza programas (Refseq) con los cuales se pretende corregir y estandarizar
las secuencias (Boore, 2006). Diferentes autores han reportado que los tRNAs son más
27
propensos a presentar errores notorios como denominación incorrecta de nombres,
anotaciones erróneas en la orientación de genes, deleciones completas o parciales,
incoherencias en la designación de nombres y asignación incorrecta de codones de inicio
y parada (Boore, 2006; Donath et al., 2019; Gissi et al., 2008; Popadin, Mamirova, &
Kondrashov, 2007; Prada & Boore, 2019) los cuales pueden ser fácilmente detectables
mediante Blast2seq, alineamientos pareados y anotadores, además también se pueden
encontrar errores sutiles, como la omisión o adición de varios nucleótidos en los flancos
de tRNAs, los cuales Popadin et al. (2007) corroboraron mediante el análisis de la
estructura secundaria junto con alineamientos múltiples para genes individuales.
Se ha observado, además, que estos problemas de anotación son acumulativos pues al
ingresar las secuencias a bases de datos públicas es común que estas se utilicen como
base para anotar genomas de especies cercanas (Brenner, 1999) lo que conlleva a una
expansión de errores en las anotaciones de genes en lo que se denomina “filtración de
errores” (Prada & Boore, 2019).
Las incoherencias en las anotaciones se evidenciaron en la incidencia de errores
presente en los genomas mitocondriales de anfibios y reptiles siendo este último grupo
el que presentó una tasa más elevada del 16% en comparación al primero cuyo valor fue
del 10%. Estos resultados son similares a los encontrados por Popadin et al. (2007) los
cuales modificaron las anotaciones del 13% de los tRNAs de 277 genomas
mitocondriales de tetrápodos, mientras que Prada & Boore (2019) obtuvieron una tasa
de error más grande del 36% en los 304 mitogenomas de mamíferos analizados.
Las evidencias expuestas en los artículos anteriormente citados y en este trabajo
demuestra la poca estandarización y rigurosidad en la anotación de genes,
especialmente en genomas mitocondriales, lo que conlleva a la difícil tarea de
recuperación de información utilizando, por ejemplo, herramientas de búsqueda con
scripts (Boore, 2006), además, si análisis bioinformáticos se llevaran a cabo con datos
recuperados sin previamente revisar los posibles errores, los resultados serían inexactos
pues se presentarían conclusiones con cientos de translocaciones, ganancias y pérdidas
28
genéticas que no han ocurrido, por lo que en estos casos se requieren de esfuerzos
como la re-anotación del genoma (Donath et al., 2019) para llevar a cabo análisis de
características complejas, como el orden de los genes, la estructura del genoma, incluida
la posición de la región control, las estructuras de tRNAs y las características de
composición más sofisticadas (Gissi et al., 2008).
Especialmente los análisis comparativos requieren la disponibilidad de anotaciones
confiables y consistentes para grandes conjuntos de especies (Matthias Bernt et al.,
2013), por lo que es esencial enfatizar en la importancia de la correcta curación de bases
de datos para evitar que estos errores de anotación se propaguen fuera de control
(Brenner, 1999; Prada & Boore, 2019). Se ha concluido en algunos estudios que una
curación manual de las secuencias mejora la calidad y fidelidad de las anotaciones
(Monnahan et al., 2019; Popadin et al., 2007), sin embargo esto parece ser insostenible
debido a la gran cantidad de genomas mitocondriales disponibles (Donath et al., 2019),
por lo que se ha alentado a la comunidad científica a desarrollar metodologías
automatizadas para corregir anotaciones.
4.2 VARIABILIDAD ESTRUCTURAL
4.2.1 Reorganizaciones en las secuencias mitocondriales. Se ha reportado que las
variaciones en la típica organización de los genes mitocondriales son eventos
relativamente raros y se presentan al azar especialmente en grupos como los
vertebrados (Bernt, Braband, Schierwater, & Stadler, 2013; Kumazawa, Miura, Yamada,
& Hashiguchi, 2014; Kurabayashi & Sumida, 2013; Pereira, 2000; Xia et al., 2014),
además, parecen ser exclusivos de clados individuales por lo que son usados
comúnmente como sinapomorfías (Bernt et al., 2013; Xia et al., 2014). Sin embargo,
diferentes autores contradicen tal afirmación y proponen que algunos grupos de
vertebrados pueden ser más susceptibles a los reordenamientos de genes en el
mitogenoma que otros.
29
Tabla 2. Número de genes con eventos de duplicaciones, deleciones o inversiones-
translocaciones encontrados en los mitogenomas de anfibios y reptiles.
Grupo
taxonómico Duplicaciones Deleciones
Inversiones-
translocaciones Total
Amphibia
Gymnophiona 4 2 9 15
Caudata 5 0 20 25
Anura 46 2 174 222
Total 55 4 203 262
Reptilia
Testudines 1 0 6 7
Amphisbaenia 0 0 8 8
Lacertilia 28 1 83 112
Serpentes 1 0 284 285
Sphenodontia 0 3 6 9
Crocodylia 0 0 54 54
Total 30 4 441 475
Fuente: Autor.
Lo anterior se ve reflejado en el número total de reorganizaciones encontradas en este
trabajo; se revisaron 8.917 genes de un total de 241 genomas mitocondriales completos
de anfibios, identificando que el 48% (116 genomas) de los anfibios presentaron al
menos un evento de reordenación. En este análisis se detectaron 262 reorganizaciones
(Tabla 2) siendo las inversiones-translocaciones el 77% (203/262) de los casos
encontrados, y dentro de este tipo de reorganización el 46% de estas son por
inversiones-translocaciones del trnL. Por otro lado, se revisaron 11.618 genes de 314
genomas mitocondriales completos de reptiles, el 39% (122 genomas), presentaron al
menos un evento de reordenación; con un total de 475 genes reorganizados (Tabla 2);
siendo al igual que los anfibios las inversiones-translocaciones los reordenamientos que
30
más se presentaron (93% de los casos), pero estas fueron comúnmente encontradas en
los trnI (28%), trnL (20%) y nd1 (20%).
Pereira (2000) y Boore (1999) reportaron a groso modo algunas reorganizaciones
presentes en anfibios y reptiles que fueron corroboradas en este trabajo, en estas se
incluye ordenes derivados puntuales para algunas especies de Anura y Lacertilia, el
cluster SHL presente en todos los cocodrilos y las extensas reorganizaciones en las
tuataras. Sin embargo, debido al gran número de especies cuyo mitogenoma ha sido
secuenciado se han encontrado más rearreglos en diferentes especies. Esto se ve
reflejado en la afirmación realizada por Pereira (2000) donde indica que todas las
tortugas poseen un orden de genes conservado, no obstante, en este estudio se
confirmaron dos especies que a diferencia de las demás presentan rearreglos.
Tradicionalmente se divide el orden Anura en tres subordenes: Archeobatrachia-ranas
“primitivas”, Mesobatrachia-ranas “transicionales” y Neobatrachia-ranas “modernas”.
Esta clasificación concordó con la tasa de rearreglos mitocondriales encontrados en los
análisis de este trabajo, ya que no se confirmó ninguna reorganización en las especies
de las tres familias de Archeobatrachia (Leiopelmatidae, Alytidae y Bombinatoridae). En
las familias del suborden Mesobatrachia, se encontraron rearreglos únicamente en la
familia Megophryidae mientras que todas las especies de las familias Pipidae,
Rhinophrynidae y Pelobatidae al igual que las ranas primitivas se encontraron en el orden
de genes reportado para vertebrados (Pereira, 2000). En todas las especies de los
géneros Leptobrachium y Oreolalax de la familia Megophryidae se confirmó
duplicaciones del trnM y translocaciones del trnW, mientras que en las especies Scutiger
ningshanensis y Leptolalax oshanensis se verificaron inversiones-translocaciones del
trnF, trnV, trnI, trnW, trnP y nd2 además de una deleción del trnW en L. oshanensis.
Se confirmó que la totalidad de especies del suborden Neobatrachia (96 especies
divididas en 18 familias) presentaron un evento especifico de inversión-translocación en
trnL, el cual pasó de estar entre trnS y nd5 a estar entre cob y trnT (Figura 3). El 44% de
las familias y el 75% de las especies que conforman la familia Ranidae presentan la
31
reorganización de trnL como único evento de reorganización, mientras que las demás
familias presentan diferentes grados de variabilidad en el orden de sus genes. La
totalidad de las especies de las familias Heleophrynidae, Ceratobatrachidae,
Dicroglossidae y Mantellidae poseen una duplicación de trnM, además de inversiones-
translocaciones en W-A-N-C-Y (-A-N-C-YW en Heleophryne regis, W-A-Y-C-N en
Platymantis vitianus y W-A-C-Y-N en Occidozyga martensii). Finalmente, las especies
Breviceps adspersus (familia Brevicipitidae) y Trichobatrachus robustus (familila
Arthroleptidae) fueron las únicas en las que se confirmó duplicaciones en forma de
pseudogenes tanto de genes codificantes como de tRNAs. Algunos de estos
reordenamientos ya habían sido reportados antes, como por ejemplo las especies
pertenecientes a la superfamilia Ranoidea que incluyen una variedad de
reordenamientos genéticos en sus mitogenomas, mientras que la mayoría de las ranas
que no pertenecen al suborden Neobatrachia conservan la organización genética típica
(Cai et al., 2019; Kumazawa et al., 2014; Kurabayashi & Sumida, 2013; Xia et al., 2014)
reportando así, que la organización de los trnL, trnT, trnP y trnF denominada cluster
LTPF, corresponde a una sinapomorfía del suborden Neobatrachia (Xia et al., 2014), lo
cual fue reafirmado en este estudio. Se ha sugerido a raíz de diferentes trabajos donde
se demuestra una alta tasa de reorganización en algunos grupos que el genoma
mitocondrial "estático" como era concebido anteriormente es realmente bastante
dinámico (Fujita, Boore, & Moritz, 2007; Xia, Zheng, Murphy, & Zeng, 2016; Xia et al.,
2014).
En el grupo taxonómico Gymnophiona (Amphibia) se hallaron 26 especies con el orden
ancestral reportado para vertebrados y cinco especies con diferentes eventos de
reordenación los cuales corresponden a Crotaphatrema lamottei con deleción de trnK y
duplicaciones de los genes trnT, trnF y trnP; el evento de duplicación de este último gen
es compartido con las especies Boulengerula taitana y Gegenophis ramaswamii que
presentan deleción de trnF, mientras que dos miembros de la familia Siphonopidae
presentan variaciones en el orden de genes de la región W-A-N-C-Y; Luetkenotyphlus
brasilensis (-N-C-YW-A) y Siphonops annulatus (-A-CW-N-Y).
32
Por otro lado, en el orden Caudata se encontró una menor proporción de especies
reorganizadas (8 de 78 genomas analizados); 6 especies de la familia Plethodontidae
presentaron diferentes variaciones de inversiones-translocaciones en W-A-N-C-Y (como
por ejemplo W-A-Y-N-C en Batrachoseps attenuatus y W-N-C-Y-A en Hydromantes
brunus) al igual que nd6, trnE, cob, y trnT (como por ejemplo cob, trnT, nd6 y trnE en
Aneides flavipunctatus y Stereochilus marginatus). Una especie de la familia
Rhyacotritonidae (Rhyacotriton variegatus) y una especie de Salamandridae (Tylototriton
verrucosus), la cual es la única de 5 especies del mismo género que presenta un evento
de reorganización) con una duplicación del trnT.
Por otra parte, el orden Testudines de la clase Reptilia fue el grupo taxonómico que
presentó la menor tasa de reorganizaciones con solo dos especies con eventos de
duplicación (Malacochersus tornieri con duplicación en trnF) e inversiones-
translocaciones (Platysternon megacephalum con inversiones-translocaciones en trnH,
trnS, trnL, nd5, trnT y trnP) mientras que las 83 especies restantes se encontraron con
la disposición del orden de genes reportado para vertebrados.
El orden Squamata que incluye los subordenes Amphisbaenia, Lacertilia y Serpentes se
consideraron como grupos taxonómicos individuales debido a su morfología diferencial,
estilos de vida y adaptaciones evolutivas que presentan. El suborden Amphisbaenia junto
con el orden Testudines fueron los grupos taxonómicos que presentaron menor tasa de
rearreglos. Sin embargo, se debe considerar que el número de genomas mitocondriales
disponibles en NCBI para este suborden fue de solo 8, de los cuales la mitad presentaron
eventos de inversiones-translocaciones en los genes nd6 y trnE. Estos se confirmaron
en las especies del género Bipes pertenecientes a la familia Bipedidae y la especie
Rhineura floridana de la familia Rhineuridae.
33
Figura 3. Principales reorganizaciones en los genomas mitocondriales de anfibios y
reptiles. Orden de genes reportado para vertebrados (a), suborden Neobatrachia (b),
ordenes Serpentes (c, d), Sphenodontia (e) y Crocodylia (f).
Fuente: Autor.
En contraste, los subordenes Lacertilia y Serpentes fueron los grupos taxonómicos con
mayor tasa de rearreglos (Tabla 2), en el primero de estos se confirmó reorganizaciones
en 7 familias de 20 analizadas; en total se corroboró en 35 especies de la familia
Agamidae y Chamaelonidae una variación en la posición de los genes I-QM que pasó a
ser -QIM, en estas familias y en las demás con rearreglos (como Phylodactylidae,
Anguidae y Varanidae) presentaron inversiones-translocaciones en genes como trnP,
trnE, trnS, trnT, nd6 y cob, mientras que los eventos de duplicación se encontraron en
Cordylidae (Smaug warreni: trnT y trnP) y especialmente en Gekkonidae con extensas
duplicaciones de genes en dos especies; en Stenodactylus petrii se confirmó una
34
duplicación de trnL y tres copias adicionales del trnA, y Heteronotia binoei la cual fue una
de las especies con mayor número de reorganizaciones en la que se corroboraron
duplicaciones de 14 genes y 2 pseudogenes.
El suborden Serpentes se divide en dos infraórdenes: Scolecophidia conocidas como
serpientes ciegas y Alethinophidia. El primero de estos, compuesto por dos familias
analizadas, de las cuales una (Leptotyphlopidae: Rena humilis) presentó una variación
en el orden del trnQ mientras que en la familia Typhlopidae se encontró que las especies
tienen el orden de genes reportado para vertebrados. Se confirmó en las 88 especies
restantes, divididas en 13 familias pertenecientes al infraorden Alethinophidia,
presentaron eventos de inversiones-translocaciones en los genes trnL, nd1, trnI, trnM
(Figura 3); además de una segunda copia de la región control seguida de estos genes
reorganizados. De igual forma, la familia Viperidae tuvo inversiones-translocaciones de
trnP en esta misma región (Figura 3) y excepcionalmente las especies Tropidophis
haetianus (famiia Tropidophiidae) y Ophiophagus hannah (familia Elapidae) presentaron
eventos adicionales de reorganización: inversión-translocación de atp8, trnL y
duplicación de trnI, respectivamente.
El orden Sphenodontia presenta pocas reorganizaciones a comparación de otros grupos
taxonómicos (Tabla 2); sin embargo, este orden está compuesto por una única especie
(Sphenodon punctatus) con una extensa reorganización en la última parte del genoma
(Figura 3). En esta especie se confirmó la deleción de los genes trnH, nd5 y trnT e
inversiones-translocaciones que involucran los genes nd6, trnE, trnL, cob, trnS y trnP.
Por último, en el orden Crocodylia se confirmó en todas las secuencias mitocondriales
disponibles (18 especies) eventos de reorganización en donde se ven involucrados los
genes trnH y trnS (Figura 3).
Si bien se han informado cambios en el contenido de genes, es decir, deleciones o
duplicaciones para los mitogenomas de metazoos (Bernt et al., 2013), se ha reportado
para vertebrados que los eventos de deleción ocurren raramente y solo se han
encontrado en especies puntuales (Xia et al., 2014), lo que concuerda con los resultados
35
presentados especialmente para anfibios y reptiles, donde la totalidad de deleciones
correspondieron a tRNAs a excepción de la tuatara en la que se confirmó deleción del
gen codificante nd5. Se ha encontrado que la fosforilación oxidativa a menudo requiere
de algunos tRNAs citosólicos codificados en el genoma nuclear (Xia et al., 2014), por lo
que estos tRNAs importados podrían compensar la ausencia de ciertos tRNAs en el
mitogenoma. Esto fue confirmado en marsupiales los cuales no parecían tener un trnK
funcional, sin embargo, se encontró que este era importado a la mitocondria (Dorner,
Altmann, Paabo, & Morl, 2001).
Se sugiere que el modelo que explica el origen de la mayoría de los reordenamientos
encontrados hasta ahora (Dowton, Cameron, Dowavic, Austin, & Whiting, 2009; Fujita et
al., 2007; Pereira, 2000) es el de duplicaciones en tándem seguidas de la pérdida
aleatoria de algunos de los genes copiados (TDRL) (Boore, 2000), siendo las
duplicaciones de genes, generalmente tRNAs, la prueba de esto. De igual forma, a
diferencia de las deleciones, las duplicaciones generalmente no son patógenas en
humanos (DiMauro & Schon, 2003), lo que sugiere que no hay una selección fuerte
contra estos eventos, lo que explicaría su incidencia en los mitogenomas de anfibios y
reptiles.
Los genomas mitocondriales con el estado intermedio de duplicaciones degenerativas
(pseudogenes) o espacios intergénicos producto del modelo TDRL no son comunes
(Dowton et al., 2009; Fujita et al., 2007; Kumazawa et al., 2014; Xia et al., 2016), por lo
que es importante resaltar la especie de gecko partenogenico Heteronotia binoei, la cual
posee extensas duplicaciones y pseudogenes, estas reorganizaciones se han atribuido
a su tamaño efectivo de población tan grande y a una particular diversidad genética que
incluye polimorfismos y reordenamientos intraespecíficos de los genes mitocondriales
(Xia et al., 2016), además, se ha sugerido anteriormente que los eventos de duplicación
ocurren con mayor frecuencia en organismos unisexuales que en organismos sexuales
(Fujita et al., 2007), como es el caso de esta especie.
36
Se encontró que el 83% de inversiones-translocaciones en anfibios y reptiles se dieron
en tRNAs, lo cual concuerda con la literatura, pues se ha dicho que los movimientos no
son igual de probables entre los diferentes genes del genoma mitocondrial, ya los que
codifican proteínas son menos móviles que los tRNA (Babbucci, Basso, Scupola,
Patarnello, & Negrisolo, 2014). Esto podría deberse tanto a diferencias de tamaño como
a diferencias selectivas, ya que la probabilidad de que un reordenamiento de genes
mitocondriales sea letal o una desventaja selectiva puede ser mucho mayor para un gen
más grande que para un gen pequeño (Dowton et al., 2009). Se ha propuesto además
que los genes de tRNA mitocondrial que se encuentran individualmente (es decir, entre
dos genes que codifican proteínas) son menos móviles (Cha et al., 2007), lo cual puede
ser corroborado por la cantidad de reorganizaciones presentes en los genomas de
anfibios y reptiles en grupos de tRNAs puntuales como lo son los clusters HSL, TP, IQM
y WANCY, siendo estos dos últimos hotspots de rearreglos mitocondriales en diferentes
organismos (Boore, 1999; Xia et al., 2014). Se ha propuesto que la gran cantidad de
rearreglos en estos genes son influenciados por su cercanía con los orígenes de
replicación (Babbucci et al., 2014; Poulsen, Sado, & Miya, 2019; Xia et al., 2016).
De igual forma se ha encontrado que las tasas de reordenamiento no solo se distribuyen
de manera desigual dentro del genoma, donde se pueden identificar puntos calientes
claros, sino que de igual forma no son uniformes taxonómicamente (Bernt et al., 2013),
encontrándose de esta manera que Amphibia y Reptilia son los grupos entre los
vertebrados con el ADN mitocondrial más dinámico reflejado en una mayor tasa de
reorganizaciones (Gissi et al., 2008). Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado,
se pudo observar una tendencia a que los genes localizados en la mitad del genoma
mitocondrial (de cox1 a nd4; Figura 4) conserven el orden de genes reportado para
vertebrados; sin embargo, en los sitios flanqueantes a la región control se observó que
los genes eran más propensos a presentar reorganizaciones. En la clase Amphibia estos
genes correspondieron a aquellos localizados en la parte final del genoma mitocondrial
(Figura 4), a excepción de algunas regiones como W-A-N-C-Y y el trnM. Por el contrario,
en la clase Reptilia los genes más propensos a presentar diferentes eventos de
reorganización correspondieron a la primera parte del genoma mitocondrial (Figura 4),
37
además de tRNAs como trnH, trnS (esto debido a las reorganizaciones presentes en
cocodrilos), trnP y trnF.
Figura 4. Número de rearreglos por cada uno de los genes del genoma mitocondrial de
anfibios (azul) y reptiles (naranja).
Fuente: Autor.
Los rearreglos en los genes mitocondriales podrían explicarse gracias a diferentes
factores que potencialmente podrían afectar el genoma. Si bien los mitogenomas de
metazoos están sujetos a fuertes presiones mutacionales (Brown, George, & Wilson,
1979) se sabe que estas son favorecidas por el sistema de reparación de ADN
mitocondrial inexacto en comparación con el ADN nuclear (Bernt et al., 2013). Este sería
uno de los principales factores que hacen que el mitogenoma sea propenso a rearreglos,
sin embargo, es posible enumerar algunas variables específicas para anfibios y reptiles,
como por ejemplo, las fuerzas no adaptativas, en las que se incluyen la deriva genética
o el cuello de botella, que pueden impulsar la fijación y dispersión de las reorganizaciones
mitogenómicas pues un tamaño efectivo de población bajo deja el genoma vulnerable a
0
20
40
60
80
100
120
140
trnF
rrnS
trnV
rrnL
trnL
nd1
trnI
trnQ
trnM
nd2
trn
W
trnA
trnN
trnC
trnY
cox1
trnS
trnD
cox2
trnK
atp
8
atp
6
cox3
trnG
nd3
trnR
nd4L
nd4
trnH
trnS
trnL
nd5
nd6
trnE
cob
trnT
trnP
Núm
ero
de r
earr
elg
os
Anfibios Reptiles
38
estas fuerzas, lo que puede conducir a la fijación de modificaciones genómicas a gran
escala (Xia et al., 2016), por lo que hábitats altamente específicos pueden limitar el flujo
de genes y dar como resultado un patrón estructurado por deriva genética. Esto podría
verse reflejado en especies endémicas cuya distribución geográfica es sumamente
reducida y que además están adaptadas a ecosistemas particulares (IŞIk, 2011), por lo
que se esperaría que las especies endémicas presentaran una alta tasa de
reordenamiento en el genoma mitocondrial, lo cual es confirmado en las secuencias de
anfibios y reptiles analizadas, ya que se encontró que el 59% y 45% de las especies
reorganizadas respectivamente, son endémicas.
De igual forma, se ha reportado que entre los metazoos, las tasas promedio de
sustitución son más altas en el genoma mitocondrial que en el genoma nuclear (Brown
et al., 1979), lo que significaría un entorno altamente mutagénico. De acuerdo con esto,
se ha examinado cómo las diferencias que presentan los organismos en rasgos clave
relacionados con la biología mitocondrial como la tasa metabólica aeróbica o la
temperatura se reflejan en diferentes regímenes selectivos que actúan sobre el genoma
mitocondrial (Chong & Mueller, 2013b). Por ejemplo, se ha observado que los genomas
mitocondriales altamente reorganizados de avispas parásitas presuntamente podrían
resultar del estrés oxidativo consecuencia del bombardeo con radicales de oxígeno
debido a la respuesta inmune del huésped (Dowton & Campbell, 2001), lo que se
traduciría en altos niveles de daño oxidativo en el mitogenoma que afectaría el
ordenamiento de genes, teniendo en cuenta además la presencia de especies reactivas
de oxígeno, subproductos de la fosforilación oxidativa (Scheffler, 2011).
En este orden de ideas, los organismos expuestos a ciertos niveles de estrés oxidativo
serían más propensos a daños en el ADN mitocondrial. Esto podría verse reflejado en
los vertebrados como peces, anfibios y reptiles que en comparación con la mayoría de
aves y mamíferos son tolerantes a la variación en la disponibilidad de oxígeno (Bickler &
Buck, 2007). Las especies acuáticas estarían expuestas a una mayor variación en el
oxígeno ambiental, siendo un factor importante la exposición de las mitocondrias a
hipoxia y reoxigenación, lo que tendría como resultado un cierto deterioro en el
39
mitogenoma. Lo anteriormente planteado podría explicar las reorganizaciones presentes
en anfibios como las salamandras, en las cuales se ha reportado que poseen requisitos
metabólicos aeróbicos extremadamente bajos en comparación con otros tetrápodos
(Feder, 1976; Gatten, Miller, & Full, 1992).
Otro factor que puede influenciar directamente a la mitocondria son las tasas metabólicas
de cada uno de los organismos, pues se ha dicho que estas varían drásticamente entre
los vertebrados (Chong & Mueller, 2013a, 2013b). Los vertebrados endotermos tienen
tasas metabólicas mucho más altas que los vertebrados ectotermos (Berner, 1999), los
cuales también, poseen diferentes patrones de composición de nucleótidos (Bernardi &
Bernardi, 1990). Adicional a esto, en otras investigaciones se ha encontrado una posible
relación en las diferencias metabólicas entre los vertebrados endo y ectermos y la
evolución del tamaño del genoma mitocondrial, pues se ha reportado un mayor tamaño
y una gran variación del mitogenoma debido principalmente a regiones repetidas en
tándem frecuentemente encontradas en ectotermos (Rand, 1993).
Los resultados de este trabajo sugieren una relación entre el número de rearreglos
mitocondriales y el metabolismo, pues se confirmó un total de 737 reorganizaciones en
555 genomas mitocondriales de anfibios y reptiles en comparación con solo 68
reorganizaciones encontradas en 304 mamíferos (Prada & Boore, 2019) y 72
reorganizaciones confirmadas en 620 mitogenomas de aves (datos no publicados).
Adicionalmente, se ha mencionado que una molécula de ADN mitocondrial más pequeña
como la de aves y mamíferos puede ser un objetivo más pequeño para un daño oxidativo
y, por lo tanto, tendrá menos sitios afectados (Rand, 1993). Esto explicaría entonces, la
baja incidencia de rearreglos en los mitogenomas de organismos endotermos en
comparación con los mitogenomas de anfibios y reptiles.
Se ha propuesto un vínculo entre los genomas mitocondriales compactos y la eficiencia
metabólica (Selosse, Albert, & Godelle, 2001) por lo que los genomas mitocondriales
más pequeños de organismos endotermos como aves y mamíferos se replicarían más
rápidamente, lo cuál sería una labor necesaria para suplir las elevadas necesidades
40
metabólicas. Se sugiere que los organismos ectotermos al poseer tasas metabólicas
bajas (Berner, 1999) podrían permitirse genomas mitocondriales grandes. Esta hipótesis
se ve soportada por la acumulación de ADN no codificante en el genoma nuclear
(Gregory, 2003) y la presunta selección relativamente débil contra las duplicaciones en
genes mitocondriales de salamandras de la familia Plethodontidae planteado por Mueller
& Boore (2005), además de la propuesta de alta inestabilidad del genoma mitocondrial
en otros organismos con requerimientos metabólicos aeróbicos igual de bajos en los que
se podrían incluir otras especies ectotermas.
También se han encontrado resultados que respaldan la hipótesis de que las
mitocondrias de una fuente ectotérmica, como lo es hígado de lagarto, mantienen sus
tasas metabólicas de manera más uniforme en un rango más amplio de temperaturas
que las mitocondrias de fuente endotérmica, como el hígado de ratón, lo que indica un
menor grado de sensibilidad a la temperatura en las mitocondrias de lagarto (Berner,
1999). Esto indicaría que las mitocondrias de organismos ectotermos deben presentar
ciertos procesos adaptativos y un genoma más dinámico que le permitan soportar tales
fluctuaciones en la temperatura sin verse afectado el metabolismo, lo cual también podría
explicar las extensas reorganizaciones encontradas en la mayoría de secuencias
mitocondriales de organismos ectotermos.
4.2.2 Filogenia de inversiones. Fueron utilizados los 116 y 122 genomas mitocondriales
de anfibios y reptiles, respectivamente, que presentaron al menos una reorganización.
Los organismos cuya disposición de genes fueran totalmente idénticas se agruparon y
se les dio una denominación respectiva (Anexo A y B). Teniendo en cuenta que los
hotspots propensos a rearreglos propicia que las evoluciones convergentes en la
disposición de genes sean más probables que si existiera la misma probabilidad de
reorganizaciones a lo largo de todo el genoma mitocondrial (Boore & Brown, 1998;
Macey, Larson, Ananjeva, Fang, & Papenfuss, 1997) los genes parecen susceptibles a
paralelismos debido a restricciones funcionales o presiones selectivas (Xia et al., 2016).
Sin embargo, como es el caso de los grupos taxonómicos analizados en este trabajo, las
convergencias pueden ser eventos excepcionales.
41
En la filogenia de inversiones-translocaciones obtenida para la clase Amphibia, debido a
la alta representatividad de especies del orden Anura, en comparación a los órdenes
Gymnophiona y Caudata, estas se encuentran distribuidas a lo largo de toda la filogenia
de inversiones sin ninguna agrupación taxonómica aparente (Figura 5). Por el contrario,
las dos especies que se incluyeron en el análisis del orden Gymnophiona (Siphonops
annulatus y Luetkenotyphlus brasiliensis) pertenecientes a la familia Siphonopidae, se
encuentran agrupadas por el genoma ancestral hipotético A14 (Figura 7a) en un grupo
monofilético, lo que indica que la disposición de genes de estas especies es similar y
tienen una distancia de cambio genómica pequeña, al igual que 3 de las 5 especies de
la familia Plethodontidae (Caudata) que se encuentran cercanas y agrupadas por el
ancestro hipotético A11 (Figura 7a). De igual forma, es importante resaltar la especie
Platymantis vitianus, la cual es la única representante de la familia Ceratobatrachidae
cuyo genoma mitocondrial se encuentra disponible, dado que se encuentra como
outgroup en la filogenia se puede inferir que es el genoma que presenta menos
similaridades con cualquier otra especie analizada.
Las especies con duplicaciones y deleciones como único evento de reorganización se
encuentran en la parte inferior de la filogenia (Figura 5). En esta figura se puede observar
que Crotaphatrema lamottei (Gymnophiona: Scolecomorphidae) es la única especie que
comparte una duplicación con otra especie (Boulengerula taitana: Herpelidae) del mismo
orden, al igual que en el orden Caudata en donde las especies Rhyacotriton variegatus
(Rhyacotritonidae) y Tylototriton verrucosus (Salamandridae) comparten una duplicación
de trnT. Por otro lado, las especies Breviceps adspersus (Brevicipitidae) y
Trichobatrachus robustus (Arthroleptidae) comparten duplicaciones de los trnS, trnT y
trnF en forma de pseudogenes, las cuales fueron las únicas en presentar esta
particularidad además de Heteronotia binoei (Lacertilia; Reptilia).
42
Figura 5. Filogenia de inversiones-translocaciones, duplicaciones y deleciones para las
especies con rearreglos de la clase Amphibia. Los recuadros azul y amarillo representan
las inversiones-translocaciones identificadas por los programas GRIMM y Unimog
(algoritmo DCJ), respectivamente. Los ordenamientos ancestrales hipotéticos, son
representados por círculos verdes, generados por el programa GRIMM. Los círculos lila,
rojos y naranja, representan deleciones-duplicaciones analizados por el programa PAUP.
Av indica el orden de genes ancestral reportado para vertebrados.
Fuente: Autor.
43
Figura 6. Filogenia taxonómica de la clase Amphibia con rearreglos del genoma
mitocondrial. Se muestran las generalidades de los rearreglos encontrados en las
familias (ampliado en la Figura 5). El color azul claro en los nombres taxonómicos indica
una alta variación en las disposiciones de genes de las especies de una familia, azul
oscuro indica una variabilidad media, mientras que el color negro significa una baja
variabilidad.
Fuente: Autor.
44
Tal como está plasmado en la figura anterior, no se encontraron convergencias de
reordenamientos de genes mitocondriales entre los diferentes ordenes de la clase
Amphibia. De igual forma, en los grupos taxonómicos Gymnophiona y Caudata,
solamente se encontraron rearreglos compartidos por las especies de una misma familia
(Figura 6), por lo que podría decirse que existen distancias genómicas grandes entre las
familias de un mismo orden presentando disposiciones de genes únicas. Sin embargo,
en el orden Anura, se pudo observar que un gran número de especies pertenecientes a
diferentes familias comparten duplicaciones del gen trnM. De igual forma, todas las
especies que conforman el suborden Neobatrachia comparten la translocación de trnL
como se mencionó anteriormente (Figura 3b), en donde las familias derivadas presentan
distancias genómicas grandes con rearreglos propios (Figura 6).
Figura 7. Disposición de genes en los genomas de ancestros hipotéticos presentes en
las filogenias de inversiones-translocaciones de anfibios (a) y reptiles (b).
Fuente: Autor.
45
Figura 8. Filogenia de inversiones-translocaciones, duplicaciones y deleciones para las
especies con rearreglos de la clase Reptilia. Los recuadros azul y amarillo representan
las inversiones-translocaciones identificadas por los programas GRIMM y Unimog
(algoritmo DCJ), respectivamente. Los ordenamientos ancestrales hipotéticos, son
representados por círculos verdes, generadas por el programa GRIMM. Los círculos lila,
rojos y naranja, representan deleciones-duplicaciones analizados por el programa PAUP.
Av indica el orden de genes ancestral reportado para vertebrados.
Fuente: Autor.
46
Figura 9. Filogenia taxonómica de la clase Reptilia con rearreglos del genoma
mitocondrial. Se muestran las generalidades de los rearreglos encontrados en las
familias (ampliado en la Figura 8). El color azul claro en los nombres taxonómicos indica
una alta variación en las disposiciones de genes de las especies de una familia, azul
oscuro indica una variabilidad media, mientras que el color negro significa una baja
variabilidad.
Fuente: Autor.
47
A diferencia de la filogenia de inversiones-translocaciones de anfibios, la filogenia de
reptiles presentó de forma general agrupamientos de especies relacionadas
taxonómicamente (Figura 8). Se puede observar que, en el primer grupo monofilético, se
encuentran las serpientes agrupadas por el ancestro hipotético A4 (Figura 7b), en el
siguiente grupo monofilético agrupado por A7 se encuentran las especies de las familias
Bipedidae y Rhineuridae pertenecientes al suborden Amphisbaenia (Squamata) además
del grupo conformado por todas las especies del orden Crocodylia. Finalmente, se
encuentra el grupo monofilético agrupado por A11 en donde se encuentran especies del
suborden Lacertilia a excepción de Rena humilis (Serpentes). Además, cabe resaltar que
A16 (Figura 7b) agrupa todas las especies de la familia Agamidae. Esto demuestra que
la dinámica de las reorganizaciones en reptiles es completamente diferente a anfibios,
puesto que la disposición de genes es bastante similar y se presenta una distancia de
cambio genómica estrecha entre especies cercanas taxonómicamente, demostrado en
la agrupación de individuos del mismo orden o familia en clados monofiléticos. De igual
forma, esta afirmación se sustenta en los outgroups que se pueden observar en la
filogenia (Figura 8) ya que corresponde a Platysternon megacephalum del orden
Testudines y Sphenodon punctatus del orden Sphenodontia, es decir, ordenes diferentes
a Squamata y Crocodylia, por lo que se podría inferir que las tortugas y tuataras tienen
una distancia genómica grande y su disposición de genes es poco similar a las especies
encontradas en el ingroup.
En la filogenia donde se incluyen las especies solamente con duplicaciones o deleciones,
se puede observar que no se encuentran presentes especies de los órdenes Crocodylia
y Sphenodontia (Figura 8), esto debido a que en estos grupos taxonómicos la totalidad
de las especies presentan inversiones-translocaciones por lo que se encuentran en la
filogenia de la parte superior. Por otro lado, se puede observar que las especies
Malacochersus tornieri (Testudines) y Uroplatus ebenaui (Lacertilia) tienen eventos
únicos de duplicación y deleción, respectivamente; en donde se muestra las extensas
duplicaciones de genes que tiene Heteronotia binoei que como se mencionó
anteriormente es una de las tres especies en las que se encontraron duplicaciones en
forma de pseudogenes.
48
Al igual que en la clase Amphibia, no se encontraron convergencias en un ordenamiento
especifico en las especies de la clase Reptilia. Este análisis muestra que los grupos
taxonómicos Testudines, Amphisbaenia y Lacertilia no presentan rearreglos comunes
entre las familias de los mismos ordenes, ya que los rearreglos se comparten únicamente
en especies del mismo género o bien, en especies muy relacionadas filogenéticamente
de una misma familia (Figura 9), a diferencia del orden Crocodylia cuya totalidad de
especies comparten el mismo rearreglo (Figura 3f). De igual forma, Sphenodon punctatus
al ser la única especie del orden Sphenodontia cuyo genoma mitocondrial se encuentra
disponible.
A pesar de que no se encontró la misma disposición de genes entre especies lejanas
filogenéticamente de anfibios y reptiles, se confirmaron siete convergencias entre la
disposición de genes de algunas secuencias de especies analizadas en este trabajo y
especies de otras clases de vertebrados (datos no publicados). Hasta la fecha
únicamente se ha reportado para vertebrados dos convergencias: el orden derivado en
la región W-A-N-C-Y (-A-CW-N-Y) entre Siphonops annulatus (Gymnophiona) y
marsupiales (San Mauro, Gower, Zardoya, & Wilkinson, 2005) y la variación en el orden
de los últimos cinco genes antes de la región control presente en todas las aves y en
Rhineura floridana (Amphisbaenia) (Macey, Papenfuss, Kuehl, Fourcade, & Boore,
2004).
La ausencia de convergencias entre los genomas de anfibios y reptiles y el bajo número
de estas entre todos los vertebrados confirma la baja probabilidad de que los genes en
el mitogenoma se dispongan en un orden específicamente igual a otro en diferentes
linajes evolutivos. Se sabe que algunos estudios han encontrado que fenotipos
convergentes se han producido a través de cambios similares a nivel genético, sin
embargo, otros descubrieron fenotipos convergentes resultantes de diferentes cambios
genéticos (Losos, 2011), teniendo en cuenta que los fenotipos resultantes pueden
derivarse de adaptaciones evolutivas la similitud fenotípica de taxones distantes
relacionados que ocurren en entornos similares se ha considerado una fuerte evidencia
de este proceso, a pesar de esto, la evolución convergente puede ocurrir por razones no
49
relacionadas con la adaptación y la selección natural, por ejemplo, el cambio evolutivo
aleatorio puede hacer que las especies se vuelvan más similares entre sí que sus
antepasados (Losos, 2011), lo que explicaría las convergencias en grupos de linajes tan
distantes, y aparentemente sin ninguna adaptación biológica compartida.
4.3 VARIABILIDAD EN LA REGIÓN CONTROL.
4.3.1 Variaciones en el tamaño de la región control. Los genomas mitocondriales de
anfibios y reptiles tienen un tamaño promedio entre 17500 pb ± 1549,12 y 17200 pb ±
1007,86 respectivamente; sin embargo, se encontraron especies con tamaños del
genoma más pequeños; 5 especies del orden Gymnophiona (Amphibia) tienen un
tamaño de 15800-15900 pb. De igual forma, se hallaron 20 especies con un tamaño
mucho más grande entre 20000 pb y 28000 pb, en los órdenes Caudata, Anura
(Amphibia) y en los subordenes Serpentes y Lacertilia (Reptilia). Se encontró que la
variación en el tamaño de los genomas se debe a tres razones principalmente: la primera
se puede atribuir a numerosas duplicaciones de genes codificantes y tRNAs como es el
caso de Breviceps adspersus y Heteronotia binoei (Figura 5 y 8, respectivamente). La
segunda está relacionada con el gran tamaño de la región control (RC), y finalmente la
tercera se explica con la presencia de regiones intergénicas que no se encuentran
anotadas y que pueden llegar a tener bastantes pares de bases (esto será ampliado más
adelante en el capítulo). Sin embargo, la mayoría de la variabilidad a nivel de tamaño en
pares de bases del mitogenoma, se debe a variación de la RC.
En cuanto a su tamaño se encontró que en la clase Amphibia los órdenes Gymnophiona
y Caudata se comportaron de manera similar, ambos grupos taxonómicos tuvieron una
baja variabilidad en tamaño de RC, en el cual se observó que osciló entre 794 a 911 pb,
respectivamente. No obstante, en las cecilias se encontró algunas especies con un
tamaño de RC más grande en comparación a las demás, en donde tres especies de la
familia Typhlonectidae: Potomotyphlus kaupii y Typhlonectes natans tienen un tamaño
de 1600 pb y Chthonerpeton indistinctum con 1827 pb, especie con la RC más grande
en este orden. Por otro lado, las salamandras tuvieron el doble de datos atípicos (Figura
50
10a), acercándose mucho más a los tamaños de la región control de Anura. Todas estas
especies pertenecen a la familia Plethodontidae; la mitad de estas (Oedipina poelzi,
Batrachoseps attenuatus y Batrachoseps nigriventris) tienen un tamaño de región control
entre 1000 pb y 1400 pb, mientras que las demás tienen un tamaño más grande de 2109
pb en Plethodon elongatus, 4275 pb en Batrachoseps wrighti y 6401 pb en Ensatina
eschscholtzii.
En contraste a los dos órdenes anteriores, las especies del orden Anura presentaron una
gran variabilidad en el tamaño de la RC que oscila entre 851 pb y 6466 pb (Figura 10a),
presentando un tamaño promedio de 2455 pb ± 910,10 el cual es mayor al presentado
al de ordenes anteriores. Se encontró que el 75% de las especies de anuros tuvo un
tamaño entre 1330 pb y 2900 pb, el 21% tuvo un rango entre 3070 pb y 4900 pb y el
restante 4% corresponde a 5 especies, 4 de ellas tienen una región control por debajo
de los 1000 pb (851 pb en Leiopelma archeyi, 944 pb en Leiopelma hochstetteri, 907 pb
en Anomaloglossus blanci y 983 pb en Sooglossus thomasseti) y la especie de la familia
Brevicipitidae (Breviceps adspersus), la cual posee una región control excepcionalmente
grande con 6466 pb, siendo la más grande de todos los datos analizados.
En la clase Reptilia se encontraron grupos taxonómicos con diferentes grados de
variabilidad en el tamaño de la RC (Figura 10b), los cuales se pueden agrupar con una
variabilidad baja: suborden Serpentes y ordenes Crocodylia y Sphenodontia, media:
orden Testudines y suborden Amphisbaenia, y alta: suborden Lacertilia. Los grupos
taxonómicos con variabilidad baja tienen un rango reducido del tamaño de RC entre 1000
pb y 1300 pb a excepción de algunos datos atípicos especialmente en serpientes donde
la especie Agkistrodon contortrix presenta la RC más pequeña de todas las especies
analizadas en este trabajo (398 pb) y la especie Leptodeira polysticta con la RC más
grande de las especies analizadas para la clase Reptilia (4759 pb), en comparación de
este orden, los datos atípicos en cocodrilos corresponden a tamaños de la RC mucho
más pequeños; 1992 pb en Caiman crocodilus y 1508 en Gavialis gangeticus.
51
Figura 10. Diagrama de cajas y bigotes del tamaño de la región control dada en pares
de bases para los grupos taxonómicos de anfibios (a) y reptiles (b).
Fuente: Autor.
52
La especie Sphenodon punctatus es la única especie del orden Sphenodontia con un
tamaño de la RC de 926 pb, sin embargo, esta tiene una duplicación de 823 pb de esta
región. El promedio de las especies del orden Testudines fue de 1267 pb ± 566 y se halló
que el 95% de especies presentan un tamaño de la RC entre 760 pb y 2000 pb, mientras
que el restante 5% corresponde a 4 especies de la familia Testudinidae las cuales tienen
una RC entre 2100 pb y 3900 pb (Testudo kleinmanni con 2151 pb, T. graeca con 3771
pb, Stigmochelys pardalis con 3885 pb y T. marginata con 3943 pb). Al igual que las
tortugas, el suborden Amphisbaenia (orden Squamata) tuvo una variabilidad media con
un promedio de 1038 pb ± 260,97. Sin embargo, las especies pertenecientes a la familia
Bipedidae se caracterizaron por tener un tamaño más pequeño de ~780 pb, en contraste
con la única especie de la familia Rhineuridae (Rhineura floridana) la cual tiene 1521 pb.
Finalmente, el suborden Lacertilia (orden Squamata) tuvo la variabilidad más grande en
la clase Reptilia al igual que el valor de promedio más alto (1783 pb ± 787,63), el 79%
de las especies presentó un amplio rango del tamaño de la RC entre 1000 pb y 3000 pb,
el 13% de las especies presentó un tamaño menor entre 500 pb y 992 pb, mientras que
el 8% tuvo un rango entre 3100 pb y 4500 pb.
En ninguno de los grupos taxonómicos analizados de anfibios y reptiles se encontró un
patrón especifico en las variaciones del tamaño de la RC, pues se hallaron familias en
las que había especies con RC de 1700 pb, 2600 pb y 4000 pb, por lo que se puede
concluir que las diferencias en tamaño de esta región no se agrupan de manera
taxonómica. Sin embargo, se encontró una relación directamente proporcional entre el
tamaño de la RC y la posición basal de los órdenes en la filogenias taxonómica de
anfibios (Figura 11), es decir, el grupo más basal que corresponde al orden Gymnophiona
posee el promedio del tamaño de la RC más bajo de 794 pb ± 320, siguiéndole el orden
Caudata con 911 pb ± 727,83 y finalmente el orden Anura con 2455 pb ± 910,10 que
corresponde al grupo taxonómico más derivado de todos los anfibios (Figura 11), en
comparación, la clase Reptilia no presentó ninguna relación entre el tamaño de la RC y
la filogenia taxonómica de estos órdenes.
53
Figura 11. Promedio de los tamaños de la región control de los grupos taxonómicos de
anfibios (azul) y reptiles (naranja).
Fuente: Autor.
4.3.2 Número de copias de la región control. Se identificó en el 49% de las especies de
anfibios y el 43% de reptiles regiones intergénicas, las cuales en su mayoría no estaban
identificadas y anotadas. Sin embargo, algunos genomas mitocondriales tenían
anotaciones como “repeat región”, “misc” o como una segunda región control (como es
el caso del suborden Serpentes), de igual forma se encontró que algunas especies (9%)
presentaban numerosas regiones intergénicas en el genoma, como la especie Aneides
hardii (orden Caudata) en la cual se identificaron 6 regiones con un tamaño mayor a 100
pb.
794911
2440
1267
1038
1782
1141
926
1190
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Pro
medio
tam
año d
e la r
egió
n c
ontr
ol (p
b)
Grupos taxonómicos
54
Tabla 3. Número de regiones sin anotar identificadas como ganancia génica, duplicación
parcial o duplicación total de la región control en los genomas de anfibios y reptiles.
Grupo
taxonómico
No.
genomas
Regiones
sin anotar* Ganancia
Dupli.
parcial
Dupli.
total
Amphibia
Gymnophiona 6 6 4 1 1
Caudata 86 99 96 2 1
Anura 27 35 27 6 2
Total 119 140 127 9 4
Reptilia
Testudines 7 10 8 2 0
Amphisbaenia 4 4 4 0 0
Lacertilia 33 39 29 7 3
Serpentes 88 92 5 6 81
Sphenodontia 1 1 0 0 1
Crocodylia 1 1 1 0 0
Total 134 147 47 15 85
*En algunos grupos taxonómicos como Anura y Serpentes presentan anotación de estas
regiones como misc o como una segunda región control
Fuente: Autor.
En total se identificaron 287 regiones adicionales en los genomas mitocondriales en
anfibios y reptiles (Tabla 3), de las cuales el 61% se determinaron como una ganancia
génica puesto que al realizar alineamientos y Blast2sequence no se identificaron como
una duplicación de ningún gen codificante o tRNA ni tampoco se encontró similaridad
con la región control, por lo que no se pudo establecer el origen de dichas regiones. Se
encontró que los grupos taxonómicos Caudata y Anura de la clase Amphibia y Lacertilia
de la clase Reptilia tuvieron un mayor número de ganancias génicas, en especial las
salamandras, en las cuales se identificaron en el 100% de las especies al menos un
55
espacio intergénico, el cuál ronda los 355 pb, y siempre se encontró localizado entre los
trnT y trnP (Figura 12c).
Figura 12. Verificación de regiones intergénicas como ganancia génica (c), duplicación
parcial de la región control (a) o duplicación total de la región control (b).
Fuente: Autor.
Por otro lado, solo el 8% de las regiones intergénicas identificadas correspondieron a
duplicaciones parciales de la región control, las cuales podían ser una copia de la RC
con una región adicional sin identidad en ninguna otra parte del genoma (ganancia
génica) (Figura 12a), o bien que la región intergénica fuera una duplicación de solo una
parte de la RC, por lo que es más corta que esta.
56
El 31% de las regiones intergénicas se identificaron como una duplicación total de la
región control, pues ambas regiones presentan una identidad del 100% (Figura 12b).
Estos casos fueron escasos en todos los grupos taxonómicos a excepción de las
serpientes (Tabla 3) en las cuales se determinó una segunda región control de ~1077 pb
en 80 de las 91 especies analizadas; 3 de estas especies no mostraron ningún tipo de
espacio intergénico, las cuales pertenecen al infraorden Scolecophidia (serpientes
ciegas), que de igual forma no presentaron la reorganización típica encontrada en todas
las serpientes del infraorden Alethinophidia (Figura 3), 7 especies presentaron
duplicaciones parciales de la región control y solo en la especie Agkistrodon contortrix
(la cual tiene la región control más pequeña de todos los genomas analizados) se
identificó la región intergénica como una ganancia génica de 784 pb.
El considerable porcentaje de genomas mitocondriales en los cuales se confirmó la
presencia de regiones intergénicas que se clasificaron como ganancia génica no
concuerda con lo reportado en la literatura, pues se ha dicho que los genomas
mitocondriales de animales bilaterales, incluidos los vertebrados, generalmente no tienen
intrones ni espacios intergénicos largos (Kurabayashi & Sumida, 2013), por lo que se
propone que estas regiones pueden ser residuos, y/o evidencia de eventos de
duplicaciones y posteriores deleciones producto del modelo TDRL (Boore, 2000), lo que
explicaría la falta de identidad con genes codificantes y regiones control.
De la misma manera, se ha reportado que secuencias de la región de control adicional
pueden dar como resultado un número de copias de ADN mitocondriales adicionales y/o
una mayor flexibilidad y velocidad de respuesta celular cuando se requiere un aumento
del metabolismo para hacer frente a las tensiones ambientales (Skujina, McMahon,
Lenis, Gkoutos, & Hegarty, 2016), esto ha sido particularmente documentado en
serpientes, en donde se sugiere que el metabolismo oxidativo de estas es
funcionalmente único entre los vertebrados, y son, por lo tanto, un modelo ideal para
desarrollar hipótesis de función metabólica alternativa, pues se ha encontrado un
rediseño evolutivo de proteínas metabólicas centrales, junto con la alteración de la
estructura del genoma mitocondrial que posiblemente pueden haber contribuido a las
57
adaptaciones metabólicas y fisiológicas únicas que subyacen a la evolución y radiación
de estos organismos (Castoe, Jiang, Gu, Wang, & Pollock, 2008).
Las adaptaciones únicas mencionadas anteriormente, se pueden relacionar con el origen
evolutivo de las serpientes, el cual implica un estilo de vida fosorial, incluida la pérdida
de extremidades, la pérdida funcional de un pulmón y el alargamiento de tronco y pulmón
(Greene, 1997; Holman, 2000) para posteriormente vivir sobre el suelo y desarrollar un
conjunto de adaptaciones radicales que se centran en el consumo de presas
extremadamente grandes en relación con el tamaño de su cuerpo, lo que implica
aumentos sustanciales en el tamaño corporal y la musculatura, un cráneo altamente
cinético y la evolución de una diversidad de proteínas de veneno altamente tóxicas
(Castoe et al., 2008), por lo que la presencia de una segunda región control en los
mitogenomas de las serpientes podría aumentar la velocidad a la que se produce la
replicación del genoma y/o al aumentar el número total de copias del genoma por
mitocondria, además, como lo propone Jiang et al. (2007) el desacoplamiento
transcripcional a través de regiones de control independientes podría proporcionar un
medio más directo para contrarrestar la depresión termodinámica de las tasas
enzimáticas a bajas temperaturas especialmente en organismos ectotermos.
4.3.3 Análisis nucleotídico de la región control. Se obtuvo que el promedio de la identidad
nucleotídica de los alineamientos por órdenes taxonómicos fue más bajo en anfibios
(34%) que en reptiles (42,4%); esto debido principalmente a que la identidad más baja
de todos los grupos taxonómicos la presentó el orden Anura (18,5%) (Figura 13) en
comparación a los grupos de reptiles los cuales tuvieron un rango de identidad entre 39%
y 59% (siendo cocodrilos el orden con la identidad más alta) a excepción del suborden
Lacertilia que obtuvo un porcentaje de identidad bajo (21,4%) (Figura 13).
58
Figura 13. Promedio de la identidad de los alineamientos de la región control por
grupos taxonómicos de anfibios (azul) y reptiles (naranja).
Fuente: Autor.
A pesar de que la identidad en algunos alineamientos de los grupos taxonómicos es bajo
como en Anura y Lacertilia (Figura 13), es importante mencionar que en niveles
taxonómicos de familia y género la identidad de los alineamientos es significativamente
más alta, lo cual se cumple para todos los grupos taxonómicos analizados. Por ejemplo
en anfibios, Caudata presenta la identidad de alineamiento más alta, en comparación
con Anura que corresponde a la más baja, sin embargo, si se realizan alineamientos de
dos especies de la misma familia se obtiene un porcentaje de identidad elevado del
88,3% en salamandras y 65,4% en ranas (Figura 14). De igual forma, en reptiles la
identidad de los alineamientos entre especies de la misma familia de Lacertilia y
Crocodylia son altos, con porcentajes del 82,3% y 78,7%, respectivamente (Figura 14).
Estos resultados concuerdan con lo presentado en la literatura, pues en insectos y
mamíferos se sugiere que los modos evolutivos de la RC difieren entre sí a niveles
taxonómicos de taxones cercanos y distantes filogenéticamente (Saccone et al., 1991;
Zhang & Hewitt, 1997).
38,3
45,3
18,5
42,438,7
21,4
51,3
59,2
0
10
20
30
40
50
60
70
Pro
medio
identidad d
e a
lineam
iento
s (
%)
Grupos taxonómicos
59
Figura 14. Alineamientos entre especies de la misma familia de anfibios (a-b) y reptiles
(c-d) y su respectivo porcentaje de identidad.
Fuente: Autor.
Debido a los bajos porcentajes de identidad en los alineamientos de Anura y Lacertilia
no fue posible identificar bloques altamente conservados en las RC de estos organismos
(Figura 15) como se ha reportado para mamíferos, cuyas secuencias se pueden alinear
fácilmente solo en la región central de la RC de aproximadamente 200 pb de largo
(Saccone et al., 1991), esta ausencia de regiones conservadas en la RC de estos dos
60
grupos taxonómicos podría explicarse debido al elevado número de especies
involucradas en el alineamiento, además de la gran variabilidad en el tamaño que estas
presentan (Figura 10).
Figura 15. Alineamientos de los grupos taxonómicos que no presentan regiones
altamente conservadas en la región control.
Fuente: Autor.
Por otro lado, los alineamientos en el resto de grupos taxonómicos mostraron claramente
algunas zonas que se conservan a lo largo de las RC de todas las especies (Figura 16),
sin embargo, estas no son compartidas entre los órdenes de una misma clase, por
ejemplo, en anfibios, el orden Gymnophiona, presenta una zona conservada (ZC) en la
primera parte de la RC, mientras que la ZC del orden Caudata se encuentra más cerca
de la mitad de las RC (Figura 16). Presuntamente estas ZC podrían corresponder a
algunos motivos presentes en la RC identificados anteriormente en mamíferos, los cuales
en función de la distribución de las posiciones y frecuencias diferenciales de nucleótidos
se han clasificado principalmente tres dominios; el dominio central conservado II que es
61
rico en G en comparación con los dominios flanqueantes I y III, en los cuales se encuentra
la mayor parte de la variabilidad dentro de RC (Ruokonen & Kvist, 2002). Estos motivos
se han identificado específicamente entre especies del mismo género o familia por lo que
es posible que se sobreestime el grado de conservación debido a la similaridad de
secuencias entre especies muy cercanas. Esto ha sido respaldado por algunos estudios
comparativos entre vertebrados, pues se ha encontrado que el número de motivos
encontrados, su localización y grado de conservación varían considerablemente entre
aves y mamíferos e incluso dentro de algunas familias de aves (Ruokonen & Kvist, 2002).
Sin embargo, Lee, Conroy, Howell & Kocher (1995) identificaron la misma región central
conservada en mamíferos en algunas familias de peces, a lo que propusieron una
restricción funcional de esta zona aunque no se comprende la función específica, lo que
también comprobaría que se pueden encontrar algunas ZC a pesar de la distancia
filogenética de algunos grupos.
En los análisis realizados en este trabajo se confirmó que se comparte cierto patrón en
las ZC de los diferentes grupos taxonómicos de reptiles, pues en su totalidad a excepción
de Lacertilia se observa que normalmente la primera parte de la RC presenta una alta
identidad, al igual que el orden Gymnphiona (Figura 16), esta primera parte
correspondería al dominio I, en el cual se han reportado secuencias funcionalmente
importantes en las que se incluyen secuencias asociadas a la terminación o TAS (Doda,
Wright, & Clayton, 1981) y secuencias asociadas a la terminación extendida o ETAS
(Sbisà et al., 1997), por lo que el elevado grado de identidad en esta zona de la RC
confirmaría la importancia de las TAS y ETAS para estos organismos.
De igual forma, se encontró que Amphisbaenia y Crocodylia presentan una identidad
relativamente alta a lo largo del alineamiento, esto podría deberse al bajo número de
especies involucradas (8 y 18, respectivamente). En cocodrilos la identidad a lo largo del
alineamiento se puede agrupar visualmente en tres regiones conservadas, que de igual
forma podrían corresponder a los dominios I, II y III descritos anteriormente.
62
Figura 16. Alineamientos de los grupos taxonómicos que presentan regiones altamente
conservadas en la región control.
Fuente: Autor.
63
Se ha reportado con anterioridad que las ZC, en especial el dominio II en mamíferos se
caracteriza por un alto contenido de G en comparación con el resto del genoma
mitocondrial, lo que indica probablemente una restricción funcional (Saccone et al.,
1991). Teniendo esto en cuenta, se encontró una relación entre un mayor porcentaje de
G+C en las ZC observadas de los alineamientos en comparación con la totalidad de la
RC (Figura 17), lo cual se presentó especialmente en los grupos taxonómicos de reptiles,
respaldando el alto nivel de identidad en estas zonas y su posible importancia en las RC
al conservarse a lo largo de todas las especies.
Figura 17. Contenido de G+C total en la región control y de las zonas conservadas de
esta en los diferentes grupos taxonómicos de anfibios y reptiles.
Fuente: Autor.
Finalmente, se encontró que los valores de identidad de los alineamientos por órdenes
taxonómicos y el promedio del tamaño de la región control tienen una dependencia
inversamente proporcional tanto en la clase Amphibia como en Reptilia, de igual forma
el coeficiente de correlación mostró una relación fuertemente negativa en ambos grupos
64
(Figura 11), sin embargo, anfibios se acerca mucho más a una correlación negativa
perfecta con un valor de -0,94.
Figura 18. Análisis del tamaño de la región control y el promedio de la identidad de los
alineamientos por órdenes taxonómicos de anfibios (azul) y reptiles (naranja).
Fuente: Autor.
Chong & Mueller (2013b) reportaron que genomas excepcionalmente grandes en los
órdenes Anura y Caudata son el resultado de la presencia de una duplicación de la región
control, además, de secuencias repetitivas en la misma, lo que concuerda con los
resultados de este trabajo, especialmente en ranas, en las cuales adicionalmente se
encontró el promedio de tamaño de la región control más grande, lo que explicaría el
bajo porcentaje de identidad que se obtuvo en los alineamientos de las regiones de este
grupo. Se reporta por primera vez la presunta correlación inversamente proporcional
entre el porcentaje de identidad versus tamaño de la región control para anfibios y
reptiles, por lo que es imposible realizar una comparación con otros grupos taxonómicos.
R² = 0,8865r = -0,9416
R² = 0,4806r = -0,6933
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 10 20 30 40 50 60 70
Pro
medio
tam
año d
e la r
egió
n
contr
ol (
pb)
Promedio identidad de alinenamientos (%)
Anfibios Reptiles Lineal (Anfibios) Lineal (Reptiles)
65
5. CONCLUSIONES
No se encontró un numero representativo de errores en la anotación de los genes
mitocondriales (119 genes mal anotados en 555 genomas analizados), sin embargo, la
presencia de estos demuestra la necesidad de una minuciosa revisión por parte de los
curadores de las bases de datos como NCBI y los autores responsables de la
secuenciación de genomas mitocondriales.
Se confirmó una variabilidad media en la arquitectura de los mitogenomas con un total
de 737 reorganizaciones en 555 genomas mitocondriales de anfibios y reptiles, lo que
demuestra que éste no es tan conservado entre las especies de vertebrados como se ha
informado en la literatura.
No se encontró la misma disposición de genes en especies lejanas filogenéticamente.
Sin embargo, algunas reorganizaciones compartidas entre especies cercanas ayudan a
diferenciar grupos taxonómicos específicos como suborden o infraorden.
Se propone una relación entre el nivel de reorganización en los genes mitocondriales y
el metabolismo de los vertebrados, siendo los organismos ectotermos como anfibios y
reptiles los que poseen una mayor cantidad de reorganizaciones en comparación con
especies endotermas de aves y mamíferos.
Se encontró una gran variabilidad en la arquitectura de la región control de los genomas
mitocondriales y se sugiere que algunas de estas variaciones pueden estar involucradas
en ayudar a los organismos ectotermos a suplir sus necesidades metabólicas.
66
RECOMENDACIONES
Es necesario desarrollar un proceso de automatización que realice una correcta
revisión en las anotaciones de genes mitocondriales, pues se encontró que a
pesar de que el reconocimiento manual de errores de anotación fue más confiable
que anotadores automáticos es un trabajo extenuante, especialmente cuando se
trabaja con una gran cantidad de secuencias.
Para corroborar las relaciones que se proponen en este trabajo se pueden
desarrollar diferentes estudios epigenéticos que indaguen sobre el efecto de las
reorganizaciones en la expresión génica y sus repercusiones directas en la
respiración celular de los organismos además de su expresión mediada por el
ambiente.
Si bien, se utilizan diferentes marcadores mitocondriales como lo son los genes
codificantes cox1 o cob, la región control ha sido poco estudiada debido
principalmente a la complejidad de su secuenciamiento, es evidente la necesidad
de desarrollar nuevos métodos, software y anotadores de la misma, ya que esta
puede ser una potencial fuente de información para entender la evolución de los
organismos y del genoma mitocondrial.
67
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77
ANEXOS
78
Anexo A. Especies que conforman las abreviaturas presentes en la Figuras 5 con su
respectiva reorganización en los genes del genoma mitocondrial.
.
Grupo
taxonómico Abreviatura Especies Reorganización
Caudata
Aneides_
Stereochilus
Aneides flavipunctatus
Stereochilus marginatus ND5+CYTB+T-ND6-E-P
Rhyacotriton_
Tylototriton
Rhyacotriton variegatus
Tylototriton verrucosus Duplicación del tRNA-T
Anura
Grupo 4
Todas las familias del
suborden Neobatrachia
a excepción de
Brevicipitidae,
Hemisotidae
Arthroleptidae
Inversión-translocación de
tRNA-L entre CYTB y T
(Figura 3b)
Rhacophorus Rhacophorus dennysi
R. schlegelii CYTB+ND5+T+L+P
Fejervarya
Fejervarya cancrivora
F. limnocharis
F. multistriata
ND5+T-P+L
Hoplobatrachus
Hoplobatrachus
rugulosus
H. tigerinus
Inversión-translocación de
ND5 y tRNA-L entre CYTB
y T
Babina Babina holsti
B. subaspera CYTB+Ser+ND5-E+L+T
Odorrana
Odorrana hainanensis
O. ishikawae
O. margaretae
O. schmackeri
O. tormota
O. wuchuanensis
Inversión-translocación de
tRNA-S entre ND4 y ND5,
inversión-translocación de
tRNA-H y L entre CYTB y T
79
Anexo B. Especies que conforman las abreviaturas presentes en la Figuras 8 con su
respectiva reorganización en los genes del genoma mitocondrial.
Grupo
taxonómico Abreviatura Especies Reorganización
Amphisbaenia Bipes
Bipes biporus
B. canaliculatus
B. tridactylus
ND5-E-ND6+CYTB
Serpentes
Grupo 1
Todas las especies de
Serpentes a excepción de la
familia Viperidae
16s+ND1+I+L (Figura 3c)
Grupo 2 Todas las especies de la
familia Viperidae
16s+ND1+I-P+L (Figura
3d)
Lacertilia
Grupo 3
12 especies de la familia
Chamaelonidae y 19 de
Agamidae
Inversión-translocación
de Q entre ND1 y I,
inversión de tRNA-P
Calotes_
Pseudocalotes
Calotes versicolor
Pseudocalotes microlepis
Inversión-translocación
de Q entre ND1 y I
Varanus Varanus niloticus
V. salvator ND5+CYTB+T-E-ND6-P
Crocodylia Crocodilia Todas las especies del
orden Crocodylia ND4+S+H+L (Figura 3f)
80
81
82