Drosophila melanogaster
Drosophila melanogaster (en grec significa lliteralment 'amant del rocío de pancha negra'), també cridada mosca del vinagre o mosca de la fruta, és una espècie de dípter braquícero de la família Drosophilidae. Rep el seu nom degut a que s'alimenta de frutes en procés de fermentació tals com a pomes, bananas, raïms, etc. És una espècie utilisada freqüentment en experimentació genètica, ya que posseïx un reduït número de cromosomes (quatre parells), breu cicle de vida (de quinze a vintiun dies) i aproximadament el 61 % dels gens de malalties humanes que es coneixen tenen una contrapartida identificable en el genoma de les mosques de la fruta, i el 50 % de les seqüències proteínicas de la mosca té anàlecs en els mamífers.[1]
.jpg)
Per a propòsits d'investigació, fàcilment poden reemplaçar als humans. Es reproduïxen ràpidament, de modo que es poden estudiar moltes generacions en un curt espai de temps, i ya es coneix el mapa complet del seu genoma. Va ser adoptada com a animal d'experimentació genètica per Thomas Morgan a principis del XX. Els seus 165 Mb de genoma (1 Mb = 1 milló de parells de bases) varen ser publicats en març de 2000 gràcies al consorci públic i la companyia Celera Genomics.[2] Alberga al voltant de tretze mil siscents gens.
Desenroll
- Artícul principal → Embriogénesis en Drosophila.
D'una cèlula deriven cèlules filles que generen una possible asimetria. Presenta una asimetria inicial en la distribució dels seus components citoplasmàtics que dona lloc a les seues diferències de desenroll. En l'ovogénesis es generen cèlules foliculars, cèlules nodrices i l'ovòcit. La mosca de la fruta, a 29 °C, alcança a viure trenta dies; i el desenroll d'ou a adult demanda sèt dies.[3][4][5][3][4][6]
El primordio desenrolla diferències en els eixos: anteroposterior i dorsoventral.
Una successió d'acontenyiments derivats de l'asimetria inicial del zigot es traduïx en el control de l'expressió gènica de manera que les regions diferents de l'ou adquirixen distintes propietats. Açò pot ocórrer per la diferent localisació dels factors de transcripció i traducció en l'ou o pel control diferencial de les activitats d'estos factors.
Despuix seguix una atra etapa en la que es determinen les identitats de les parts de l'embrió: es definixen regions de les que deriven parts concretes del cos.
Els gens que regulen el procés codifiquen reguladors de la transcripció i actuen uns sobre uns atres de forma jeràrquica. També actuen sobre atres gens que són els que verdaderament s'encarreguen de l'establiment d'este patró (actuen en cascada).
També cal tindre en conte les interaccions cèlula-cèlula ya que definixen les fronteres entre els grups celulars.
Estructura d'un segment
Hi ha tres grups de gens en funció dels seus efectes sobre l'estructura d'un segment:
- Gens materns: expressats per la mare en l'ovogénesis. Actuen durant o despuix de la maduració de l'ovòcit. Un eixemple és el gen bicoid.
- Gens de segmentación: s'expressen despuix de la fertilisació. S'encarreguen del número i polaritat dels segments (hi ha tres grups que actuen secuencialment per a definir les parts de l'embrió).
- Gens homeóticos: controlen l'identitat dels segments (no el número, ni polaritat o tamany).
Etapes del desenroll
La següent etapa del desenroll depén dels gens que s'expressen en la mosca mare. Estos gens s'expressen abans de la fertilisació. Poden dividir-se en:
- Gens somàtics materns: s'expressen en cèlules somàtiques = cèlules foliculars.
- Gens de llínea germinal materna: poden actuar tant en cèlules nodriça com en l'ovòcit.
Existixen quatre grups de gens que intervenen en el desenroll de les diferents parts de l'embrió. Cada grup s'organisa en una via diferent que presenta un orde concret d'actuació. Cada via s'inicia en fets que té lloc fora de l'ou, lo que té com resultat la localisació d'una senyal dins d'est. Estes senyals (són proteïnes que reben el nom de morfógenos) es distribuïxen de forma asimètrica per a complir funcions diferents.
De l'eix antero-posterior s'encarreguen 3 sistemes i de la esquena-ventral s'encarrega un:
- Sistema Anterior: responsable del desenroll de cap i tórax. Es requerixen productes de la llínea germinal materna per a situar al producte del gen bicoid en l'extrem anterior de l'ou.
- Sistema Posterior: responsable dels segments del abdomen. Molts productes intervenen en la localisació del producte del gen nanos, que inhibix l'expressió de hunchback en l'abdomen.
- Sistema Terminal: desenroll d'estructures dels extrems no segmentats de l'ou. Depén dels gens somàtics materns (activen el receptor codificat per tors).
- Sistema Esquena-ventral: s'inicia per una senyal des d'una cèlula folicular de la cara ventral de l'ou i es transmet a través del receptor codificat pel gen Toll. Açò produïx la generació d'un gradient d'activació del factor de transcripció produït pel gen Dorsal.
Tots els components dels quatre sistemes són materns per lo que els sistemes que establixen el patró inicial depenen de successos anteriors a la fertilisació.
Desenrolle esquena-ventral
Existix una complexa interrelació entre oòcit i cèlules foliculars (gens de l'oòcit són necessaris per al desenroll de cèlules foliculars i senyals d'estes, transmeses a l'oòcit, provoquen el desenroll d'estructures ventrales).
Una atra via s'encarrega del desenroll dorsal durant el creiximent de l'ou.
Els sistemes funcionen per l'activació d'una interacció lligant-receptor que desencadena una via de transducció.
El procés depén, en el seu inici, del gen Gurken (que actua també en diferenciació antero-posterior). El mRNA de Gurken se situa en la cara posterior de l'oòcit fent que les cèlules foliculars adjacents es diferencien en cèlules posteriors. Estes cèlules tornen una senyal que desencadena la producció d'una ret de microtúbuls que és necessària per a la polaritat.
La polaritat dorsoventral s'establix quan gurken aplega a la cara dorsal de l'oòcit (depén de l'expressió de varis gens més).
El producte de Gurken actua com lligant interaccionant en el receptor (producte del gen Torpedo) d'una cèlula folicular.
L'activació d'este receptor desencadena una via de senyalisació l'efecte final de la qual és l'impediment a que es desenrolle la cara ventral en la dorsal (es produïx un canvi en les propietats de les cèlules foliculars d'esta cara).
El desenroll d'estructures ventrales requerix gens materns que establixen l'eix esquena-ventral. El sistema dorsal és necessari per al desenroll d'estructures ventrales (com mesodermo i neuroectodermo). Mutacions en ell, impedixen el desenroll ventral.
La via del desenroll ventral, també s'inicia en les cèlules foliculars i finalisa en l'oòcit. En les cèlules foliculars es produïxen una série de senyals que acaben generant un lligant parell el receptor (producte del gen Toll = primer component de la via, que actua dins de l'oòcit).
Toll és el gen crucial en el transport de la senyal a l'interior de l'oòcit.
El restant de components del grup dorsal codifiquen productes que o regulen o són necessaris per a l'acció de Toll. Toll és una proteïna transmembrana (homòloga al receptor de l'interleuquina 1).
L'unió de la seua lligant al receptor Toll, activa la via que determina el desenroll ventral. La distribució del producte d'este gen és molt variable, pero solament induïx la formació d'estructures ventrales en llocs adequats (sembla que solament s'expressa producte actiu en certes regions).
Despuix de l'unió del lligant, el receptor Toll s'activa en la cara ventral de l'embrió. Esta activació desencadena en una série de processos en els que intervenen els productes d'atres gens i que termina en la fosforilación del producte del gen cactus que és el regulador final del factor de transcripció del gen Dorsal.
En la citoplasma hi ha un complex cactus-dorsal inactiu pero que al fosforilarse cactus llibera a la proteïna dorsal, que entra en el núcleu.
L'activació de toll du a l'activació de dorsal.
S'establix un gradient de proteïna dorsal en el núcleu que va del costat dorsal al ventral en l'embrió. En la cara ventral, la proteïna dorsal es llibera cap al núcleu pero en la dorsal, permaneix en la citoplasma.
La proteïna dorsal activa als gens Twist i Snail (necessaris per al desenroll d'estructures ventrales) i inhibix als gens Decapentaplegic i Zerknullt (necessaris per al desenroll d'estructures dorsals). L'interacció inicial entre gurken i torpedo du a la repressió de l'activitat de spatzle en la cara dorsal de l'embrió (lligant de toll).
La proteïna dorsal, situada en el núcleu, inhibix l'expressió de dpp. D'esta manera, les estructures ventrales es formen segons un gradient nuclear de la proteïna dorsal i les estructures dorsals segons un gradient de la proteïna dpp.
- En l'eix esquena-ventral hi ha tres bandes prou pròximes que definixen les regions en les que es formen mesodermo, neuroectodermo i ectodermo dorsal (ordenades de ventral a dorsal).
Història d'us en anàlisis genètic
D. melanogaster va ser un dels primers organismes utilisats per a l'anàlisis genètic, i en l'actualitat és un dels organismes eucarióticos més àmpliament utilisats i genèticament més coneguts.[7]
Thomas Hunt Morgan va escomençar a usar esta espècie en l'Universitat de Columbia en 1910 en un laboratori conegut com "la sala de mosques". Ell i els seus colaboradors (inclús els famosos genetistas A.H. Sturtevant, Calvin Bridges, i H. J. Muller), varen escomençar experiments utilisant botelles de llet per a criar mosques i lupes per a observar-les. Les lupes varen ser reemplaçades més vesprada per microscopis de dissecció. Gràcies a estes mosques chicotetes i inofensives, Morgan i els seus colaboradors varen dilucidar molts principis bàsics de herència, inclús el herència lligada al sexe, epistasis, alels múltiples i mapage de gens.
Dins de l'anàlisis genètic, es varen realisar estudis de pèrdua de funció, que implicaven el silenciamiento de diversos gens per a observar com era la funció que portaven a terme. D'esta forma, el genoma de la mosca de la fruta va ser alterat, en primer lloc, per mig de l'us de mutágenos que ocasionaven canvis en la seua seqüència de ADN sense un estricte control experimental, com elements genètics transponibles, rajos X o químics mutagénicos. Més alvance, es va procedir a l'ocupació d'ARN interferente (RNAi) que, junt al sistema GAL4-UAS, permet l'edició en un teixit determinat específicament. En últim lloc, i més recentment, el seu genoma és estudiat per mig de l'us del sistema CRISPR junt en la nucleasa Cas9, permetent una edició més senzilla, efectiva i assequible. Gràcies a este descobriment, s'ha procedit al desenroll de noves nucleasas en funcions complementàries a Cas9 que permeten profundisar en l'edició i estudi d'este organisme per mig d'este sistema, com la nucleasa Cas12a (anteriorment coneguda com Cpf1), i la nucleasa CasΦ.[8]
La genètica del comportament i la neurociencia
Seymour Benzer i uns atres han utilisat mutacions que afecten el comportament d'estes mosques per a aïllar gens implicats en la visió, l'olfat, l'oïment, l'aprenentage, la memòria, el corteig, el dolor, i atres processos.
Despuix del treball pioner d'Alfred Henry Sturtevant,[9] Benzer i colegues[10] varen utilisar ginandromorfos (mosaics sexuals) per a desenrollar la nova tècnica de mapage del destí. Esta tècnica va permetre assignar una característica particular a una ubicació anatòmica específica. Per eixemple, esta tècnica va demostrar que el comportament de corteig sexual masculí està controlat pel cervell.[10]
El mapage del destí del ginandromorfos també va proporcionar la primera indicació de l'existència de feromones en esta espècie.[11] Els mascles distinguixen entre mascles i femelles conespecíficos i dirigixen el corteig cap a les femelles, gràcies a una feromona sexual específica que les femelles produïxen principalment en les seues tergitos (plaques dorsals endurides de l'exterior del abdomen).
Genoma
El genoma de D. melanogaster (secuenciado en 2000, i verificat en la base de senyes FlyBase[2]) conté quatre parells de cromosomes: un parell X/I, i tres autosomes senyalats com 2, 3, 4. El quart cromosoma és molt chicotet que a voltes s'ignora, llevat l'important gen sense ulls. El genoma secuenciado de D. melanogaster de 139,5 millons de parells de bases[13] conté aproximadament 15.016 gens. Més del 60% del seu genoma és funcional en codificar ADN no codificador de proteïnes[14] involucrats en el control de l'expressió gènica. La determinació de sexe en Drosophila es produïx per la relació de cromosomes X a autosoma, no per la presència d'un cromosoma I com ocorre en la determinació de sexe en humans. Encara que el cromosoma I és enterament heterocromática, conté a lo manco setze gens, molts dels quals complixen funcions relatives al sexe mascle.[15]
Similitut en humans
Prop del 75% de gens humans vinculats en malalties, tenen el seu homòlec en el genoma de la mosca de la fruta,[16] i el 50% de les seqüències de proteïnes de la mosca té el seu homòlec en mamífers. Existix una base de senyes en llínea, cridada Homophila està disponible per a estudis de malalties genètiques humanes homòlogues en mosques i viceversa.[17] Drosophila seguix sent usat extensament com a model genètic per a diverses malalties humanes incloent a desórdens neurodegenerativos Parkinson, Huntington, atàxia espinocerebelosa i Alzheimer. Esta mosca també s'usa en estudis de mecanismes del envelliment i estrés oxidativo, sistema inmunitario, diabetis, càncer, abús de drogues.
Referències
- ↑ Reiter et al. (2001). Genome Research, 11(6): 1114-25
- ↑ 2,0 2,1 Adams MD, Celniker SE, Holt RA, et al(2000).«The genome sequence of Drosophila melanogaster».Science.287(5461)
- 2185–95.doi:10.1126/science.287.5461.2185.Consultat el 25 de maig de 2007.
- ↑ 3,0 3,1 Ashburner M, Thompson JN (1978). The laboratory culture of Drosophila. En: The genetics and biology of Drosophila. (Ashburner M, Wright TRF (eds.)), Academic Press, volume 2A: pp. 1–81.
- ↑ 4,0 4,1 Ashburner M, Golic KG, Hawley RS (2005). Drosophila: A Laboratory Handbook., 2nd edició, Cold Spring Harbor Laboratory Press, pp. 162–4. ISBN 0879697067.
- ↑ Drosophila Estoc Center at Indiana University: Basic Methods of Culturing Drosophila [1] archivat en Wayback Machine.
- ↑ Una mosca molesta o la principal "estrela" de l'investigació, CSIC
- ↑ Pierce ((2004). W. H. Freeman (ed.). Genetics: A Conceptual Approach (2nd ed.) (en anglés). ISBN 978-0-7167-8881-2.
- ↑ «Expanding the horizons of genome editing in the fruit fly with Cas12a».117(39)
- 24019-24021.doi:10.1073/pnas.2016446117.Consultat el 18 de giner de 2021.
- ↑ «The claret mutant type of Drosophila simulans: a study of chromosome elimination and cell-lineage».Zeitschrift für wissenschaftliche Zoologie.135
- ↑ 10,0 10,1 «Mapping of behaviour in Drosophila mosaics».Nature.240doi:10.1038/240527a0.
- ↑ «A new behavioral bioassay for an analysis of sexual attraction and pheromones in insects».Journal of Experimental Zoology.192 (2)doi:10.1002/jez.1401920217.
- ↑ National Center for Biotechnology Information database
- ↑ «NCBI (National Center for Biotechnology Information) Genome Database». Consultat el 30 de novembre de 2011.
- ↑ Halligan DL, Keightley PD(2006).«Ubiquitous selective constraints in the Drosophila genome revealed by a genome-wide interspecies comparison».Genome Research.16(7)
- 875–84.doi:10.1101/gr.5022906.
- ↑ Carvalho, AB(2002).«Origin and evolution of the Drosophila I chromosome».Current Opinion in Genetics & Development.12(6852)
- 664–668.doi:10.1016/S0959-437X(02)00356-8.
- ↑ (2001).«A Systematic Analysis of Human Disease-Associated Gene Sequences In Drosophila melanogaster».Genome Research.11(6)
- 1114–1125.doi:10.1101/gr.169101.
- ↑ Bier lab. «Homophila: Human disease to Drosophila disease database». University of Califòrnia, Sant Diego. Archivat des d'el original, el 23 de setembre de 2009. Consultat el 11 d'agost de 2009.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Drosophila melanogaster» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.