El sexo es un fenómeno antiguo y global, donde mas del 99% de los eucariontes (células con núcleo) utilizan alguna forma de reproducción sexual, por lo menos ocasionalmente. Dada la relativamente ubicua y presunta importancia del sexo, es quizás sorprendente que los mecanismos que determinan el sexo de un individuo varíen de manera tan espectacular entre los diferentes organismos. Los mecanismos de determinación sexual pueden depender de condiciones ambientales, como la temperatura, o basarse en factores genéticos, donde uno de los sexos porta diferentes alelos, genes o cromosomas, o incluso diferente número de cada uno de estos. El sistema de determinación del sexo mejor estudiado es el sistema XY, el cual puede ser encontrado en los mamíferos. En este sistema, las hembras tienen dos cromosomas del mismo tipo (XX) y los machos tienen dos diferentes tipos de cromosomas (XY).

La existencia de múltiples mecanismos de determinación sexual a lo largo del árbol de la vida implica que éstos han experimentado cierto grado de rotación, donde un mecanismo reemplaza a otro. Desafortunadamente, dilucidar la historia evolutiva de varios sistemas de determinación del sexo puede dificultarse. En los sistemas XY, la edad de los cromosomas X y Y puede estimarse comparando las tasas de sustitución entre los dos cromosomas sexuales, ya que alguna vez fueron homólogos. Sin embargo, en linajes que han sufrido de un reemplazo en el sistema de determinación sexual, este acercamiento no provee información sobre cuanto tiempo persistió el sistema XY antes de ser reemplazado por un nuevo sistema. Afortunadamente, en un nuevo artículo publicado en la revista Genome Biology and Evolution, titulado “Deciphering ancestral sex chromosome turnovers based on analysis of male mutation bias” (Acosta et al. 2019), el Dr. Diego Cortez y sus colegas de la Universidad Nacional Autónoma de México describen un nuevo método para resolver esta limitante y proporcionar nuevo conocimiento a la vida media de los sistemas de determinación sexual.

De acuerdo con el Dr. Cortez, el desarrollo de un nuevo método se originó por necesidad: “Hemos trabajado con los cromosomas sexuales del anolis verde. Algunos de los análisis sugieren que el sistema sexual podría tener una edad mayor a 160 millones de años, es decir, pudo originarse en el ancestro de los pleurodontes (un grupo que incluye a las iguanas, anolis y lagartijas espinosas) y acrodontes (que incluyen a los dragones barbudos, mostrados en la fig. 1, y camaleones)”. Sin embargo, como los acrodontes actualmente carecen de un sistema de determinación sexual XY, el Dr. Cortez llegó a la conclusión de que “no existe un método que pudiera corroborar dicho escenario evolutivo”. Por lo tanto, él y sus colegas desarrollaron uno.

El nuevo método analítico se basa en el fenómeno conocido como sesgo de mutación masculina. En muchos vertebrados los gametos masculinos sufren un mayor número de ciclos de replicación que los gametos femeninos, lo que lleva a una mayor tasa de mutación en el cromosoma específicos de los machos (en este caso, el cromosoma Y) y una menor tasa de mutación en el cromosoma que pasa más tiempo en las hembras (el cromosoma X). El sesgo en la mutación masculina ha sido observado en la mayoría de los mamíferos, así como en las aves, serpientes y peces. El Dr. Cortez y sus colegas hipotetizaron que esta firma de diferentes tasas de mutación en los cromosomas sexuales puede persistir durante mucho tiempo después del reemplazo el sistema de determinación sexual y la pérdida de los cromosomas sexuales ancestrales. Para verificar esto, identificaron grupos de genes que están presentes en el cromosoma X de especies con el sistema XY y en autosomas (cromosomas no sexuales) de especies con sistemas de determinación sexual alternos.

Después, compararon las tasas de sustitución en sitios evolutivamente neutrales de dichos genes en diferentes linajes – los genes autosomales que estuvieron en el cromosoma X deberían presentar tasas de evolución mas bajas que otros genes autosomales. En un experimento para probar su idea, utilizaron este método para analizar las tasas de sustitución en mamíferos placentarios (con sistema de determinación sexual XY) y un monotrema, el ornitorrinco (quien tiene un sistema alterno con cinco cromosomas X y cinco cromosomas Y). Encontraron que las tasas de sustitución son significativamente menores en los genes ligados a X de los mamíferos placentarios que en los genes autosomales del ornitorrinco y el grupo externo de especies de vertebrados no mamíferos. De acuerdo a sus simulaciones, encontraron que el linaje del ornitorrinco nunca compartió en sistema XY placentario, resultado que es consistente con el encontrado en estudios realizados con otros métodos.

Los investigadores aplicaron su método en el análisis de genes ligados al cromosoma X en tres especies de pleurodontes (determinación del sexo XY) y sus ortólogos autosomales en tres especies de acrodontes (quienes pueden tener cromosomas sexuales o determinación del sexo dependiente de la temperatura ambiental). Como sucedió con el análisis en mamíferos, los resultados mostraron que los genes pleurodontes ligados al cromosoma X tienen una tasa de mutación menor que los genes autosomales de los grupos externos (en este caso, cinco especies de serpientes). Curiosamente, sin embargo, las secuencias de los acrodontes exhibieron tasas de sustitución intermedias entre las de los genes pleurodontes ligados al cromosoma X y aquellas de los genes autosomales de los grupos externos. Esto sugiere que los acrodontes compartieron el sistema XY pleurodonte durante varios millones de años antes de que se perdiera (fig. 2), hace 20-60 millones de años en algunos linajes.

Los autores puntualizan que, si bien sus conclusiones son robustas, sus estimaciones de cuándo ocurrió la transición entre sistemas “no son súper precisas” debido a la falta de secuencias genómicas sustanciales de reptiles. Hacen notar que “mas datos de secuencias provenientes de mas especies de reptiles incrementará la resolución y validará/corregirá las observaciones hechas”.

A pesar de esto, es claro que este método representa una promesa considerable para futuros análisis de los sistemas de determinación sexual. De acuerdo con el Dr. Cortez, un novedoso método “podría ser de gran utilidad para investigar otros linajes donde pudo ocurrir la transición de cromosomas sexuales”. Específicamente, los investigadores creen que su método podría elucidar la tasa con la que los cromosomas sexuales aparecen y desaparecen. Esperan que otros investigadores prueben el método en diferentes especies y con diferentes sistemas de cromosomas sexuales, ya que podría usarse en cualquier sistema con sesgo de mutaciones masculinas. Datos obtenidos con otras especies podría llevar, finalmente, a responder preguntas sobre el tiempo de vida de los cromosomas sexuales y si estos tienen una “fecha de expiración”, proporcionando así nuevo conocimiento en los procesos evolutivos que dirigen el cambio en el sistema de determinación sexual.

Escrito en inglés por Casey McGrath.

Artículo original: doi:10.1093/gbe/evz268

Traducido al español por Mónica Martínez.

Literatura citada: Acosta A, et al. 2019. Decipohering ancestral sex chromosome turnovers based on analysis of male mutation bias. Genome Biol Evol. 11: 3054-3067.