La carpa prusiana (Carassius gibelio), originaria de Asia, es una especie invasora en Europa. Se considera un pariente cercano del pez dorado y compite por el mismo hábitat con el carpín (Carassius carassius), pez nativo y amenazado. Mientras que los peces dorados y los carpínes se reproducen sexualmente, la carpa prusiana tiene una gran ventaja evolutiva: las hembras pueden evitar la tediosa búsqueda de pareja.
Nacimiento virgen en el agua
Las hembras de la carpa prusiana tienen una estrategia diferente: usan los espermatozoides del macho carpín u otros peces pertenecientes al orden los cipriniformes. Para hacer esto, se mezclan con un cardumen de carpínes, ponen sus huevos y dejan que estos sean fertilizados por los machos.
Los espermatozoides "secuestrados" estimulan la división del óvulo de la carpa prusiana. El material genético del macho luego es descompuesto en el óvulo sin que su material genético sea usado. Esto se llama partenogénesis dependiente de espermatozoides, o nacimiento virgen. Todas las crías producidas de esta manera son clones femeninos de la hembra. Por lo tanto, la mayoría de las poblaciones de carpa prusianas son exclusivamente femeninas, ejemplares machos solo ocurren en raras ocasiones.
"La reproducción unisexual, es decir, puramente femenina, permite una rápida colonización de nuevos hábitats y ofrece a las especies invasoras una gran ventaja sobre los competidores originarios", explica Dunja Lamatsch del Instituto de Investigación de Limnología de la Universidad de Innsbruck en Austria. Su área de investigación se centra en los mecanismos de reproducción unisexual en organismos acuáticos.
En un estudio iniciado por Lamatsch, un grupo científico internacional pudo decodificar completamente el genoma de la carpa prusiana. A base de sus resultados, el mecanismo detrás de su reproducción unisexual ahora se puede entender mejor.
Cruces crean nuevas especies
La información genética de un organismo, el genoma, se divide en diferentes conjuntos de cromosomas. Animales que se reproducen sexualmente normalmente tienen un conjunto doble (diploide) de cromosomas. Para la reproducción, los cromosomas de hembras y machos de dividen en células germinales (meiosis) y solo se transmite un conjunto simple (haploide) de cromosomas a la vez. La fusión del óvulo haploide y el espermatozoide haploide nuevamente crea un organismo diploide.
Sin embargo, accidentes que ocurren durante la meiosis o el cruce de especies relacionadas pueden producir organismos que tienen más de dos juegos de cromosomas (poliploides). Vertebrados superiores poliploides no son viables, los peces y los anfibios sí. De esta forma incluso pueden surgir nuevas especies, como la carpa prusiana.
Origen de la unisexualidad
La carpa prusiana es hexaploide - tiene seis juegos de cromosomas. Cuatro de ellos se juntaron mediante cruces de especies de peces no relacionadas, los otros dos se agregaron cruzando con un pariente cercano.
"Presumiblemente, en algún momento hubo problemas con la formación de las células germinales en estos cruces. Este podría ser uno de los desencadenantes de la reproducción unisexual", explica Lamatsch. "En las especies que se reproducen unisexualmente, la meiosis no ocurre y ya no es necesaria una fusión de las células germinales".
Junto con grupos de investigación del Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) y la Universidad de Würzburg, Alemania, fue posible descomponer el genoma de la carpa prusiana en conjuntos cromosómicos individuales. Esta fue la primera vez que se describió toda la información genética de un animal hexaploide y se analizaron los seis conjuntos de cromosomas. El genoma de la carpa prusiana consta de un total de 150 cromosomas, más de tres veces más que el genoma humano.
Los análisis brindan información sobre cómo estos seis conjuntos de cromosomas pueden coexistir y trabajar juntos. La composición de los 150 cromosomas permite por primera vez comprender toda la estructura del genoma de la carpa prusiana, así como su complicada génesis. Esto abre muchos más posibles enfoques de investigación sobre los peces invasores.
Publicación: Heiner Kuhl, Kang Du, Manfred Schartl, Lukáš Kalous, Matthias Stöck & Dunja K. Lamatsch. Equilibrated evolution of the mixed auto-/allopolyploid haplotype-resolved genome of the invasive hexaploid Prussian carp. Nature Communications 13, 4092 (2022).
Financiación: Este proyecto fue financiado por el programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea (EASI-Genomics) y la Universidad de Innsbruck. El trabajo realizado en la Infraestructura Genómica Nacional (NGI) / Centro Genómico de Uppsala fue financiado por RFI / VR y Science for Life Laboratory, Suecia. La Universidad del Estado de Texas y la Fundación Alemana de Investigación también apoyaron al proyecto.