La revista Nature publica en portada la seqüenciació del genoma de l'amfiox, un organisme clau en l'evolució dels vertebrats

L'amfiox és el representant més antic del filum dels cordats, que comprèn el subfilum dels urocordats (tunicats), cefalocordats (amfioxs) i vertebrats. Cefalocordats i vertebrats, des de fa més de 450 milions d'anys, han evolucionat de manera independent, però avui dia encara comparteixen moltes característiques en comú. Els amfioxs, en concret, són els moderns supervivents d'un antic llinatge de cordats amb registre fòssil des del període càmbric. Mostren qualitats intermèdies entre invertebrats i vertebrats, i són el model biològic més estudiat per reconstruir el camí evolutiu entre aquests dos grups.

En l'actualitat, hi ha 29 espècies d'amfiox a les costes de tot el planeta, però en recerca només se'n fan servir tres: Branchiostoma floridae (Estats Units), Branchiostoma lanceolatum (Europa) i Branchiostoma belcheri (Àsia). La genètica molecular de l'amfiox s'inicia el 1992 amb la clonació del primer gen amb seqüència homeòtica, l' AmphiHox3. L'estudi, publicat ara a la revista Nature i en altres revistes especialitzades, analitza l'estructura genètica del genoma de l'amfiox de Florida (B. floridae), dotat de 19 cromosomes i 520 megabases, i revisa les dades genètiques en el context evolutiu dels cordats. En concret, es tracta de la seqüenciació del genoma de l'ésser viu més pròxim a l'ancestre comú dels cordats (tunicats, cefalocordats i vertebrats) a escala de gens, estructura i organització cromosòmica.

La seqüenciació del genoma de l'amfiox aporta una nova comprensió de l'evolució biològica dels tres grups de cordats (tunicats, amfioxs i vertebrats); la transició entre invertebrats i vertebrats, i l'origen del genoma humà.

Per al catedràtic García-Fernàndez de la UB, «el genoma de l'amfiox ha conservat la majoria de gens dels cordats ancestrals. Manté el genoma més conservat i "egoista" conegut fins ara, com si fos un fòssil vivent. Per aquest motiu, l'amfiox ens ajuda a entendre millor les xarxes gèniques de desenvolupament en humans i les alteracions que poden afectar aquests processos. Per a nosaltres, és una referència per comprendre millor els mecanismes bàsics de molts processos en un model genètic molt més senzill».

L'estudi també ha estat clau per confirmar la hipòtesi 2R, que explica l'origen del genoma dels vertebrats a partir de dues duplicacions genòmiques ancestrals. Segons la hipòtesi 2R, les grans famílies gèniques de vertebrats s'originen a partir de la doble duplicació completa d'un genoma ancestral. Durant aquest procés, els gens han adquirit funcions que poden marcar les diferències morfològiques entre els organismes. La controvèrsia científica sobre la hipòtesi 2R, que no va tancar-se amb la publicació del genoma humà el 2001, queda ara definitivament confirmada a l'article publicat a Nature. «Ara coneixem perfectament l'origen del genoma humà», explica Jordi García-Fernàndez. «Un genoma semblant al de l'amfiox --continua--, amb, per exemple, un complex de 15 gens Hox, va duplicar-se dues vegades i només es va conservar un 25 % dels gens duplicats. El 75 % dels gens restants es van perdre en el procés evolutiu. La majoria dels gens de regulació complexa --regulació gènica i senyalització cel·lulars-- es mantenen avui dia en els vertebrats.»

Així mateix, l'amfiox té un genoma primitiu i també un patró corporal primitiu. «Com a hipòtesi, pensem que el fet de conservar i emprar diferentment aquests gens més complexos ha permès l'aparició d'algunes innovacions evolutives importants (cervell, extremitats, etc.) en el patró corporal en vertebrats», comenta García-Fernàndez.

Els experts han identificat 17 grups ancestrals de fragments de genoma que es conserven entre l'amfiox actual i el genoma dels vertebrats després de 500 milions d'anys d'evolució biològica. La recerca explica també l'origen evolutiu dels 23 cromosomes del genoma humà. «Potser aquesta és la dada més significativa de tot l'article», diu García-Fernàndez. «Aquests 17 grups probablement s'han mantingut com a cromosomes independents en l'amfiox --els protocromosomes--, que es van duplicar dues vegades i van donar lloc als 23 cromosomes del genoma humà.» L'ordre dels gens de l'amfiox, que és el més ancestral conegut fins ara, també es manté en els vertebrats.

També s'han identificat 56 seqüències de genoma no codificadores de funció desconeguda en l'amfiox i en humans. L'amfiox i els humans, a més, compartim una àmplia fracció d'introns (85 %), que són els fragments genètics no codificants que interrompen els gens. «Fins ara, no s'havia trobat aquest tipus de seqüències no codificadores tan conservades entre organismes tan diferents. En el decurs de la recerca, a més, hem trobat 56 seqüències reguladores no codificants. Aquest és un aspecte molt estudiat ara des de la perspectiva de l'empremta filogenètica, una branca de la biologia emergent que permet d'identificar regions del genoma que es conserven entre diferents espècies i que no són gens, però que corresponen a seqüències molt importants des del punt vista de la regulació del funcionament dels gens», explica García-Fernàndez.

Jordi García-Fernàndez dirigeix el Laboratori Amfiox/Evo-Devo del Departament de Genètica, un grup de recerca sobre l'amfiox que centra la seva activitat en línies de recerca sobre l'Experimental Evolutionary Developmental Biology (Evo-Devo), que destaca el paper clau dels gens del desenvolupament per comprendre l'evolució biològica. Amb una productivitat científica destacada en revistes de màxim impacte internacional --com ara cinc publicacions a Nature--, el grup ha participat en l'anàlisi dels gens amb seqüència homeòtica i tirosina-cinasa, en el marc del projecte internacional de seqüenciació sobre l'amfiox. Juntament amb l'article a Nature, les anàlisis detallades es publiquen simultàniament a diverses revistes científiques, com ara Genome Research, Molecular Biology and Evolution: BioEssays, International of Developmental Biology i Development Genes and Evolution.

«En el futur --comenta García-Fernàndez--, el nostre objectiu és intentar mimetitzar al laboratori els passos de l'evolució natural. A més, l'amfiox té un rol privilegiat en l'evolució dels vertebrats i pot emprar-se com a model de laboratori per entendre millor la biologia i la salut humanes i els mecanismes moleculars que causen patologies, a més de testar i estudiar la funció de molècules d'interès biomèdic i buscar noves estratègies terapèutiques en diverses malalties humanes.»