Mutación de un solo gen detrás aires especializados en caballos
Un caballo islandés se monten en el ritmo de volar.
Los investigadores han encontrado una mutación en un único gen responsable de algunos de los aires especializadas que se encuentran en algunas razas de caballos.
Investigadores de la Universidad de Uppsala, la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas y sus colaboradores internacionales descubrieron que la mutación en un solo gen es fundamental para la capacidad de realizar aires deambulando, incluyendo la estimulación.
Los experimentos en el gen en ratones han proporcionado nuevos conocimientos sobre los circuitos neurales que controlan los movimientos de las piernas.
El estudio, cuyos resultados fueron publicados hoy en la revista Nature, es un gran avance en la comprensión de los circuitos neuronales de la médula espinal y su control de la locomoción de los vertebrados.
La capacidad para caminar y correr depende de un complejo de coordinación de las contracciones musculares llevadas a cabo por los circuitos neuronales en nuestra médula espinal. Pero, ¿cómo funciona esto en el nivel de las células nerviosas y moléculas?
Los investigadores se aprovecharon de la variabilidad en el patrón de locomoción en los caballos.
Los tres aires naturales en los caballos son la caminata, trote y galope / galope.
Sin embargo, algunos caballos son capaces de realizar deambulando aires y / o el ritmo. La manera de andar deambulando de los caballos islandeses, conocido como tölt, cae en esta categoría, al igual que el ritmo de vuelo de la raza.
Los investigadores decidieron investigar la base genética que explica por qué algunos caballos islandeses pueden pasear pero otros no pueden.
El equipo de investigación estudió los genomas de los 70 caballos que podían realizar aires adicionales - 40 podría pasearse, y 30 podrían realizar otras aires alternativos.
"Sospechamos un fuerte componente genético, pero se sorprendieron cuando casi hemos descubierto que un solo gen, DMRT3, explica en gran parte la diferencia genética entre los Pacers y los Pacers no", explica Lisa Andersson, uno de los estudiantes de doctorado que participan en el proyecto.
Independientemente, Klas Kullander grupo de investigación había descubierto que este gen particular, DMRT3, se expresa en un tipo desconocido de neuronas en la médula espinal de los ratones.
Las características de estas neuronas, y la ubicación, sugirió que podrían participar en la coordinación de los movimientos de los circuitos neuronales.
Cuando los dos grupos de investigación, ambos asociados a la ciencia para el Laboratorio de la Vida en Uppsala, comparó sus datos, se dieron cuenta de que un hallazgo biológico importante era inminente.
Kallunder dijo: "En ese momento, nos dimos cuenta de que nuestro descubrimiento no sólo ampliar nuestra comprensión de la médula circuitos neuronales de ratón, pero que habíamos descubierto una población concreta de las células nerviosas que también parece ser crítico para el control de aires en los caballos .
"El nuevo tipo de célula nerviosa depende DMRT3, y está tentativamente el nombre de este gen", dijo Kullander.
Los investigadores demostraron que un solo cambio de base en DMRT3, lo que resultó en la producción de una forma truncada de la proteína DMRT3, era la mutación asociada con la estimulación en caballos.
La mutación DMRT3 también está presente en la raza Paso Fino, dicen los investigadores.
Ellos desarrollaron una prueba de diagnóstico para la mutación y descubrió que está muy extendida entre los caballos que muestran aires alternativos, como el caballo que camina de Tennessee y el Paso Fino de América del Sur.
Por otra parte, para su sorpresa, la mutación es común en los caballos criados para carreras de trotones.
"La mutación DMRT3 muestra una fuerte asociación positiva con el rendimiento en carreras de trotones", dijo Leif Andersson, el genetista que dirigió la búsqueda de la mutación DMRT3.
Como un caballo aumenta su velocidad que normalmente hace un cambio del trote al galope, que es el paso natural a alta velocidad, pero esto lleva a la descalificación para manitas.
"Nuestra interpretación es que la mutación inhibe la transición del trote al galope y por lo tanto permite que el caballo trote a una velocidad muy alta", explica Andersson.
Para explorar más a fondo la función de DMRT3 los investigadores tomaron ventaja de las herramientas más sofisticadas de ratón neurobiología. Esto reveló que los DMRT3-neuronas cruzar la línea media de la médula espinal y por lo tanto conectar el lado izquierdo con el lado derecho, y también tienen una conexión directa con las neuronas motoras que controlan los músculos flexores y extensores.
Los investigadores también encontraron que los ratones knockout que carecen de un gen funcional DMRT3, tienen un modelo diferente de locomoción.
"Sin DMRT3, el circuito neural que contribuye a la coordinación de las extremidades no se forma de una manera normal," saysdoctoral estudiante Martin Larhammar, quien participó en la caracterización del gen DMRT3 en ambos caballos y en ratones.
Kallunder continúa: "Al nacer, estos circuitos neuronales están en un estado caótico y el ratón no puede coordinar sus movimientos de las piernas, pero los circuitos neuronales eventualmente otros parece compensar la pérdida de DMRT3 para que el ratón adulto puede volver a moverse con relativa normalidad.
"Esta flexibilidad es interesante porque demuestra que nuestro sistema nervioso se adapta a pesar de la pérdida de un gen clave".
El DMRT3-mutación ha tenido un impacto importante en la evolución del caballo doméstico y muy probablemente apareció por primera vez hace miles de años.
Presumiblemente, los humanos descubrieron que algunos caballos tenían un patrón de locomoción que les hacía particularmente útil para ciertos fines, tales como una marcha más suave proporcionado por caballos que realizan una marcha deambulando, dijeron los investigadores.
Andersson continuó: "El descubrimiento de la mutación DMRT3 es un excelente ejemplo de cómo los estudios genéticos de la evolución de los animales domésticos pueden tener conocimientos básicos sobre la función de genes nuevos e importantes mecanismos biológicos."
Kallunder dijo que era genial cuando la colaboración interdisciplinaria dado lugar a tales innovadores descubrimientos.
"No había información en la literatura científica sobre la función de la DMRT3 antes de la publicación de nuestro artículo. Esta proteína está presente en todos los vertebrados para los que hay datos disponibles, y es probable que DMRT3 células nerviosas tienen un papel central para la coordinación de los movimientos de los seres humanos. "
Naturaleza doi: 10.1038/nature.2012.11308
Saludos
Rodrigo González Fernández
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