Diapausa I en peces anuales: un análisis transcriptómico comparativo entre embriones del campo y del laboratorio

Abstract

Los estados de dormancia permitieron a los seres vivos conquistar regiones extremas del planeta mediante adaptaciones a ambientes hostiles. Las diapausas de peces anuales son ejemplos de dormancia funcionado como estrategia de supervivencia a la desecación de los charcos estacionales donde habitan. Durante estas detenciones, las actividades vitales disminuyen hasta que las señales ambientales determinan su reactivación. A pesar del papel crucial de las diapausas en el ciclo de vida de los peces anuales, los mecanismos moleculares implicados principalmente en la diapausa I, son desconocidos. Nuestro grupo de investigación se centra en comprender los mecanismos involucrados en la regulación de las diapausas con un enfoque interdisciplinario. En este contexto, se inició un estudio de la expresión génica diferencial mediante un análisis comparativo entre el repertorio de ARNm de embriones en diapausa I del pez anual sudamericano Garcialebias charrua, obtenidos en dos condiciones ambientales diferentes (laboratorio y naturaleza). A partir de estos ARNs, se obtuvo un ensamblado de novo con 10069 transcriptos totales. El análisis de expresión génica diferencial detectó 5760 transcriptos que cambian su expresión entre las diapausas I obtenidas en condiciones de laboratorio y en el campo. Entre los fenotipos de diapausa I (A y B) de los embriones inducidos en el laboratorio se detectaron 60 transcriptos expresados diferencialmente mientras que en los mismos fenotipos obtenidos en la naturaleza, se detectaron 62 transcriptos con expresión diferencial. Los análisis de componentes principales y de correlación de Pearson evidenciaron claras diferencias entre los embriones en diapausa I colectados en el campo y aquellos inducidos en el laboratorio, indicando que las condiciones ambientales influyen fuertemente en la expresión génica durante esta detención. Mediante el análisis de coexpresión (WGCNA) se identificaron grupos de genes con expresión específica en embriones provenientes del campo enriquecidos en funciones moleculares asociadas a la regulación transcripcional, unión al ADN, protección frente al daño genómico y regulación enzimática. Los análisis de ontología génica (GO) y de enriquecimiento funcional mostraron la participación de vías de señalización como la IGF, la TGF-β/SMAD, y la Nodal. Entre los genes de interés identificados se destacaron los factores de transcripción FoxH1 y Homeobox-like 4, una proteína se choque térmico frío, el elementotransponible LINE1 y un integrante de la vía IGF (IGF2BP) cuya máxima expresión se observó en las diapausas I del campo. Estos genes representan potenciales reguladores de la dormancia embrionaria en respuesta a las señales ambientales. Además, el estudio de isoformas reveló en algunos casos expresiones opuestas entre transcriptos de un mismo gen. El análisis filogenético del gen FoxH1 mostró una fuerte conservación funcional entre especies de peces anuales. Los estudios de selección molecular revelaron regiones bajo presión selectiva purificadora y codones con selección diversificadora episódica. Estos resultados demuestran que la regulación de la diapausa I en G. charrua depende de una interacción compleja entre factores ambientales y redes genéticas altamente conservadas, pero modulables, lo que otorga a esta especie una notable plasticidad adaptativa. Este trabajo aporta evidencia sobre el efecto que ejercen las señales ambientales en el campo y en el laboratorio. El estudio de las diapausas en peces anuales permite plantear preguntas que entrelazan las dimensiones ecológica, evolutiva y de biología del desarrollo.