Estudio del ciclo de vida anual bajo una perspectiva integral de Ecología-Evolución y Desarrollo embrionario (Eco-Evo-Devo)
El orden Cyprinodontiformes incluye a distintas especies de peces, comúnmente conocidos como killifishes, que ocupan de los mas diversos habitats de nuestro planeta y son de los pocos vertebrados en los cuales ha evolucionado el ciclo de vida anual. En sus hábitats naturales, éstos peces se desarrollan en charcos de agua poco profundos y temporales cuyos ciclos hídricos son determinados por la temperatura ambiente y las lluvias. Durante las estaciones lluviosas, los charcos llenos de agua permiten el desarrollo y reproducción de éstos organismos cuyos huevos son depositados en el fondo del charco. Al secarse el charco, los juveniles y adultos mueren y los embriones enterrados detienen su desarrollo, permaneciendo en un estado de arresto metabólico conocido como diapausa, hasta la aparición de una nueva estación lluviosa. Sin embargo, la evolución del anualismo, no sólo conlleva la aparición de diapausas, sino de cambios a diversos niveles de organización biológica que van desde la genética hasta la conducta del organismo. Por lo tanto, entender el anualismo requiere una mirada integral que considere: i) aspectos de redes de expresión y función de genes; ii) aspectos celulares y formación del embrión (morfogénesis) y, iii) aspectos de ecología y conducta (Fig.1). Bajo esta perspectiva nuestra aproximación se basa en estudios de biología comparada utilizado diversas especies con ciclo de vida anual, transicional y no anual.
A) Redes de expresión génica y función de moléculas de adhesión célula-célula de la superfamilia de las Cadherinas.A través de mi doctorado y postdoctorado he estudiado la participación de Cadherinas durante los estadios del desarrollo que se suceden antes del establecimiento del eje embrionario o gastrulación. Utilizando principalmente embriones del pez anual Austrolebias nigripinnis hemos sido capaces de documentar que existe interacción, mediada por E-Cadherina entre células embrionarias y tejidos extraembrionarios, la cual resulta de vital importancia para el posterior establecimiento del eje embrionario (Reig, G., y Cols, 2017; Concha & Reig, 2022). De manera más reciente, el perfil de expresión génica de A. nigripinnis ha podido ser obtenido para 3 momentos del desarrollo embrionario. A partir de una análisis preliminar, hemos podido: i) detectar los genes cuyo patrón de expresión cambia de forma significativa entre los estadios y, ii) comenzar a construir las vías se señalización que se encuentran enriquecidas.
Durante 2022, a través de la adjudicación de una beca Santander ,he podido iniciar un trabajo colaborativo con los Dres. Juan Tena y Moreno Mateos del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD) en Sevilla, España. Durante mi estadía de 2 meses he podido familiarizarme y hacer experimentos preliminares de uso de la metodología CRISPR-Cas 13d con el fin de anular la expresión de genes en peces anuales. El uso de esta poderosa herramienta genética permitirá evaluar la función de genes candidatos que surgen desde el análisis de perfiles transcripcionales.
B) Conducta celular y formación del embrión.
De forma importante, nuestro trabajo ha sido pionero en demostrar que, el movimiento migratorio de células embrionarias en peces teleósteos anuales es guiado por factores biomecánicos del sustrato que las mismas utilizan para desplazarse. Alteraciones de estos factores son capaces de distorsionar la migración celular afectando la morfogénesis del embrión (Marquez et al 2019; Perez-Verdugo et al 2022; Gatica et al 2023). Mediante trabajos colaborativos y transciplinarios hemos desarrollado modelos matemáticos y computacionales capaces de predecir los cambios esperadles cuando se modifican las variables tales como rigidez de sustrato y tensión cortical. Estas predicciones están siendo evaluadas de forma experimental en embriones.
C) Ecología y conducta.
La adjudicación de un Proyecto de colaboración internacional (Climat-AmSud) ha permitido comenzar a caracterizar de mejor forma los habitats en los que habitan tanto especies anuales como no anuales. Entre los años 2021-2023 hemos realizado diversos muestreos en zonas comprendidas de Argentina, Uruguay, Bolivia y Paraguay. Prontamente esperamos contar con información relacionada a ciclos hidrológicos (llenado-secado de charcos), distribución geográfica de especies y caracterización de riesgo de extinción para cada una de ellas. Esta información resulta de vital importancia sobre todo en el contexto actual de cambio climático. Según predicciones, los principales efectos del mismo se asocian a un aumento de las temperaturas globales y cambios en la peridicidad/intensidad de lluvias los que contribuyen de manera significativa a los ciclos hidrológicos de los cuales depende la permanencia de estas especies en los habitats temporales en los que habitan.
Producto de la necesidad de este trabajo, a nivel colaborativo y global, actualmente se trabaja, junto a investigadores de toda Sudamérica, en la creación de la Fundación Killifish, una entidad que busca ser un referente en Sudamérica como base para influir en políticas de conservación de estas especies basada en evidencia científica. A la fecha, diversos trabajos de colaboración han sido publicados con participación de investigadores de Sudamérica (Montes et al 2022-2023; Martorelli et al 2022).