Las algas pardas son eucariotas multicelulares que evolucionan independientemente de los animales y las plantas. Los sexos masculino y femenino en las algas pardas están determinados por la presencia de un cromosoma sexual V (masculino) o U (femenino), pero los genes que determinan la determinación del sexo siguen siendo difíciles de alcanzar. Luthringer et al. muestran que un gen de la caja HMG, MIN, es el regulador maestro de la determinación del sexo masculino en las algas pardas. Una combinación de extracción del genoma, perfiles de expresión genética y caracterización funcional mediante líneas de deleción reveló cambios fenotípicos notables. La eliminación del gen homólogo en las algas marinas (otro grupo de algas pardas) mostró fenotipos similares, lo que indica conservación de la determinación del sexo por MIN. Se ha descubierto que los genes de la caja HMG representan factores de determinación del sexo en animales. Estos hallazgos en las algas pardas indican una sorprendente conservación evolutiva mantenida a lo largo de más de mil millones de años de evolución.
La evolución del sexo eucariota y los rasgos relacionados con el sexo ha fascinado a los biólogos durante mucho tiempo. Aunque los procesos centrales como la meiosis y la singamia se conservan en gran medida, los eucariotas muestran una diversidad considerable de sistemas de determinación del sexo, lo que plantea preguntas importantes sobre la dinámica evolutiva de la determinación del sexo. Actualmente sólo se conocen unos pocos genes maestros que determinan el sexo, lo que impide una comprensión más completa de la determinación del sexo en un contexto filogenético amplio. ¿Algunos genes son inherentemente mejores para regular la determinación del sexo? ¿Existe una vía común subyacente a la diferenciación sexual entre los eucariotas? Estas preguntas clave siguen siendo difíciles de alcanzar y requieren un análisis de la determinación del sexo que vaya más allá de los animales y las plantas.
En este estudio, los autores describen el descubrimiento del factor determinante del sexo masculino en las algas pardas, un grupo importante de eucariotas multicelulares complejos que están relacionados lejanamente con animales y plantas. En las algas pardas, los sexos masculino y femenino están determinados durante la fase haploide del ciclo de vida por la presencia de un cromosoma sexual V (masculino) o U (femenino). Utilizaron enfoques de genética clásica e inversa, genómica y biología celular para investigar el papel de un gen candidato V-específico en la determinación del sexo masculino en las algas pardas.
Los autores demuestran que un factor de transcripción HMG-box específico de V, al que denominan MIN (para Male INducer), es el determinante masculino en el modelo de alga parda Ectocarpus; su papel en la determinación del sexo se conserva en las algas marinas. Los genes de la caja HMG también participan en la determinación del sexo en los mamíferos therian y en la determinación del tipo de apareamiento en los hongos. Por lo tanto, realizaron una investigación exhaustiva de la historia evolutiva de las proteínas de la caja HMG eucariotas y descubrieron que, a pesar de más de mil millones de años de evolución independiente, los animales y las algas pardas han cooptado de forma independiente la caja HMG para la determinación del sexo masculino. Sin embargo, las algas pardas y los animales presentan diferencias en sus sistemas de determinación del sexo debido a las propiedades específicas de los cromosomas sexuales U y V. La ausencia de MIN en los machos no conduce a la inversión del sexo, lo que demuestra que el cromosoma U es necesario para la feminidad; por lo tanto, femenino no es el estado “predeterminado” en las algas pardas. En consecuencia, la eliminación de MIN en individuos masculinos que portan los cromosomas U y V conduce a la inversión del sexo, lo que refuerza la noción de que el cromosoma U es necesario para el inicio del programa de desarrollo femenino.
Este estudio proporciona el primer análisis de las bases moleculares de la determinación del sexo en organismos multicelulares complejos más allá de los linajes animales y vegetales, agregando un nuevo factor maestro determinante del sexo a la pequeña lista que se conoce actualmente. El factor de transcripción MIN de la caja HMG, similar al SRY en los mamíferos, es necesario para la determinación del sexo masculino en las algas pardas. Este análisis respalda una hipótesis de cooptación independiente: los genes de la caja HMG están involucrados en la determinación del sexo en varios linajes de eucariotas, pero los genes específicos que determinan el sexo han evolucionado de forma independiente. Por lo tanto, la caja HMG ha sido reclutada varias veces para desempeñar un papel en la determinación del sexo en los reinos eucariotas, proporcionando un ejemplo fascinante de evolución convergente en una escala de tiempo de mil millones de años.
Un factor de transcripción HMG-box específico de V, denominado MIN (por Male INducer), es el determinante masculino maestro en las algas pardas, incluidas Ectocarpus y el alga Laminaria digitata. En ausencia de un MIN funcional, se producen “esporas” asexuales en lugar de espermatozoides funcionales. La ausencia de MIN no conduce a una inversión sexual completa, lo que demuestra que el cromosoma U es necesario para la feminidad. En consecuencia, la eliminación de MIN en individuos que portan los cromosomas U y V conduce a la inversión del sexo. Una investigación de la historia evolutiva de las proteínas de la caja HMG eucariotas reveló que, a pesar de mil millones de años de evolución independiente, los animales y los feófitos (algas pardas) han cooptado de forma independiente la caja HMG para la determinación del sexo.
RÉMY LUTHRINGER et al. Repeated co-option of HMG-box genes for sex determination in brown algae and animals. SCIENCE, 22 Mar 2024, Vol 383, Issue 6689. DOI: 10.1126/science.adk5466.
