recuperando a los organismos para entender la evolución: genes y desarrollo floral
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Elena Alvarez-Buylla Roces - Instituto de Ecología UNAM - Foro de Evolucion - Palacio de MineríaTRANSCRIPT
Recuperando a los
organismos
para entender la evolución:
genes y desarrollo floral
Elena Alvarez-Buylla Roces
Instituto de EcologíaUNAM
¿En donde quedaron
los organismos?
Ahora ellos se aglomeran en enormes colonias, seguros
al interior de torpes autómatas ..Están en tí y en mí, ellos nos han creado en
cuerpo y mente y su persistencia es el único
motivo de nuestra existencia ... Ahora llevan el nombre de
genes y nosotros somos su medio de supervivencia.
Genes
Proteínas
Rutas bioquímicas
Células
Organismos
G
F
Relación no lineal entre Fenotipo & genotipo:
desarrollo
La gran mayoría de las características fenotípicas
(estructurales y funcionales) de los organismos vivos están
codificadas, de alguna forma,
en los genes.
El paradigma genético
El programa genético contiene la información de los distintos tipos de células en el organismo
Conjuntos distintos de genes se expresan en
tipos celulares distintos
€
{σ n1,σ n2
,K ,σ nkn} → σ n
gen σ1
gen σ2
gen σ3
gen σ4
TF 1
TF 2
TF 3
Cada gen σn está regulado por kn genes
E. Coli
tiene 4,300
genes; y la de
humano,
36,000 genes
gen σ1
gen σ2
gen σ3
gen σ4
TF 1
TF 2
TF 3
))(),(),(()1( 32144 tttFt σσσσ =+
Mapeo dinámico
Mapeo dinámico
€
σ n (t +1) = Fn σ n1(t),σ n2
(t),K ,σ nkn(t)( )
Fn
n
Fn es una función Booleana que depende de
kn argumentos. Cada gen sigue su propia
función Booleana.
Dinámica de la Red
)0(Σ
ATRACTOR 1 ATRACTOR 2
Condiciones iniciales pueden conducir a
atractores diferentes
tiem
po
Diferentesatractores
Diferentes tipos celulares
Un atractor corresponde a un tipo celular
Stuart Kaufman (1969)
Evolución de las flores:
Variaciones sobre
un mismo
tema
Sistema Modelo:Arabidopsis thaliana
se pe st carp
B
A C
se
pe
st
ca
Arabidopsis: meristemo inflorescencia
SEM:J. Bowman
Rousseau y las
Rosas Embrujadas
ó
Monstruos de
Identidad Alterada
ap1 / ap2
ag
ap3 / pi
Mutantes ABC
ca st st ca
B
C C
se pe pe se
B
A A
se se ca ca
A C
Nodos=genesBordes = InteraccionesRegulat (+/-)Punteada=hip
P CELL 2004
Red genética que regula la especificación de los
órganos de la flor
FTEM1TFL
1 LFY
FULAP1
AP3
PIAG
UFO
WUAP2
SEP
LUG
CLF
Cell
0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 Infl 10 1 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 Infl 20 1 2 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 Infl 30 1 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 Infl 42 0 0 2 0 2 0 0 0 0 0 1 1 1 1 Sepals
2 0 0 2 0 2 2 2 0 1 0 1 1 1 12Petal
s
2 0 0 2 2 0 2 2 2 1 1 1 1 1 12Stam
e
2 0 0 2 2 0 0 1 2 0 1 1 1 1 1Carpel
s
WUS
WUS + UFO
UFOMeristemo
sapicalMayer et al. 1998 & Samach et
al. 1999
La red genética de la flor converge a 10 atractores
(≈ 140,000 edos iniciales)
SépaloPétaloEstambreCarpelo
Conrad Hal Waddington1905-75: Paisejes epigenéticos
Paisaje epigenético de la red floral
peA+B
seA
stB+Cca
C
Secuencia temporal de aparación de órganos de la
flor:sep-pet-est-carp
Probabilidad
Eje1 Eje2
Gran diversidad pero el plan básico conservado en todas:
SEPALOS, PETALOS, ESTAMBRES, CARPELOS
250,000 especies de plantas con flores
Monstruo Esperanzadode la selva Lacandona:
una en un cuarto de millón
Lacandonia schismatica
ó
Las excepciones son laregla en evolución
Arabidopsis Lacandonia thaliana schismatica
A C
B
sépalos pétalos estambres carpelos
A C
B B
tépalos tépalos carpelos estambres
A C
B
tépalos tépalos carpelos estambres
Expresión de función B
en L. schismatica
Una nota
evolutiva cursi:
corazones y flores
protista plants fungi animals
Baldauf & Palmer 93
STFAKRKNGILKKANELSILC
TCSKRRQTVFSKAADLCLIS
IDIVLLM
SDIMLIVVSPTEKPTVFNTR
ANIAVFVTSPSDSSDVVYSF
SPTGKAAICCGT
TYPEI MADS-DOMAINS
AGL36 MGMKKVKLSLIANERSRKTSFIKRKDGIFKKLHELSTLCGVQACALIYSPFIPVPESWPS
AGL38 M-KRKMKLSLIENSVSRKTTFTKRKKGMTKKLTELVTLCGVEACAVVYSPFNSIPEAWPS
AGL37 M-RGKMKLSFIENDSVRKTTFTKRKKGMLKKFNELVTLCGVDACAVIRSPYNSIQEPWPS
AGL35 R-QKVKMMTFIENETARKSTFKKRKKGLLKKAQELGILCGVPIFAVVNSPYELNPEVWPS
SRF_Hs RGRVKIKMEFIDNKLRRYTTFSKRKTGIMKKAYELSTLTGTQVLLLVASETGHVYTFATR
DSRF KGRVKIKMEYIDNKLRRYTTFSKRKTGIMKKAYELSTLTGTQVMLLVASETGHVYTFATR
Ce1 KGRVKIKMEYINNKLRRYTTFSKRKTGIMKKAFELSTLTGTQVMLLVASETGHVYTYATP
MCM1 KERRKIEIKFIENKTRRHVTFSKRKHGIMKKAFELSVLTGTQVLLLVVSETGLVYTFSTP
TYPEII MADS-DOMAINS
AGL14 MGRGKIEMKRIENATSRQVTFSKRRNGLLKKAFELSVLCDAEVALIIFSPRGKLYEFSSS
AGAMOUS SGRGKIEIKRIENTTNRQVTFCKRRNGLLKKAYELSVLCDAEVALIVFSSRGRLYEYSNN
AGL4 MGRGRVELKRIENKINRQVTFAKRRNGLLKKAYELSVLCDAEVSLIVFSNRGKLYEFCST
AGL13 MGRGKVEVKRIENKITRQVTFSKRKSGLLKKAYELSVLCDAEVSLIIFSTGGKLYEFSNV
APETALA1 MGRGRVQLKRIENKINRQVTFSKRRAGLLKKAHEISVLCDAEVALVVFSHKGKLFEYSTD
AGL12 MARGKIQLKRIENPVHRQVTFCKRRTGLLKKAKELSVLCDAEIGVVIFSPQGKLFELATK
ANR1 MGRGKIVIRRIDNSTSRQVTFSKRRSGLLKKAKELSILCDAEVGVIIFSSTGKLYDYASN
AGL22 MAREKIQIRKIDNATARQVTFSKRRRGLFKKAEELSVLCDADVALIIFSSTGKLFEFCSS
AGL25 MGRKKLEIKRIENKSSRQVTFSKRRNGLIEKARQLSVLCDASVALLVVSASGKLYSFSSG
AGL15 MGRGKIEIKRIENANSRQVTFSKRRSGLLKKARELSVLCDAEVAVIVFSKSGKLFEYSS-
APETALA3 MARGKIQIKRIENQTNRQVTYSKRRNGLFKKAHELTVLCDARVSIIMFSSSNKLHEYISP
MEF2A_Hs MGRKKIQITRIMDERNRQVTFTKRKFGLMKKAYELSVLCDCEIALIIFNSSNKLFQYAST
MEF2C_Hs MGRKKIQITRIMDERNRQVTFTKRKFGLMKKAYELSVLCDCEIALIIFNSTNKLFQYAST
MEF2D_Hs MGRKKIQIQRITDERNRQVTFTKRKFGLMKKAYELSVLCDCEIALIIFNHSNKLFQYAST
CEMEF2 MGRKKIQITRIQDERNRQVTFTKRKFGLMKKAYELSVLCDCEIALIVFNSTNKLFQYAST
MEF2B_Hs MGRKKIQISRILDQRNRQVTFTKRKFGLMKKAYELSVLCDCEIALIIFNSANRLFQYAST
DMEF2 MGRKKIQISRITDERNRQVTFNKRKFGVMKKAYELSVLCDCEIALIIFSSSNKLYQYAST
RLM1_Sc MGRRKIEIQRISDDRNRAVTFIKRKAGLFKKAHELSVLCQVDIAVIILGSNNTFYEFSSV
TYPE? MADS-DOMAINS
AGL23 LGRRKVEIVKMTKESNLQVTFSKRKAGLFKKASEFCTLCDAKIAMIVFSPAGKVFSFGHP
AGL29 MGRRKIKMEMVQDMNTRQVTFSKRRTGLFKKASELATLCNAELGIVVFSPGGKPFSYGKP
AGL30 MGRVKLKIKKLENTNGRQ D FAGL33 MGRKKLKLKRIESLKERSSKFSKRKKGLFKKAEEVALLCDAGL39 GTKRKIEIKKRETKEQRAV G
EVOLUCIÓN: origen y cambio temporal de la constitución genética de las poblaciones y consecuente origen y cambio de fenotipos.
Neodarwinismo : Modelos lineales de genes que evolucionan independientemente entre sí (“todo igual a suma de sus partes”).
Reto: Modelos evolutivos de “todos” integrados: redes, células, organismos.
Marco general: interrelación de estructura y función de redes >> formación de patrones en fenotipo.
Recuperando a los organismos para
entender la evolución: genes, redes…desarrollo
X
Z
Y
Inform
a
ción
posicio
nalGeometría y tamañ
o celular
Vías de señalización
Comunicación
celular, proliferac
ion y crecimie
nto
Interacciones mecánicas
Redes de regulación genética no lineales
Recuperando a los organismos para
entender la evolución: genes, redes…desarrollo
Una nota
precautoria:
Maíz transgénico
México: centro de México: centro de origen & origen &
diversificacidiversificacióón n del madel maíízz
59 races
Photo: F. Eccardi
La liberación al ambiente mexicano de maíz
transgénicoImplica incertidumbres,
riesgos y peligros
• Anticuagulantes• Espermaticidas• Vacunas• Plásticos• Etc..
¡Gracias!