Incompatibilidad genética

La incompatibilidad genética describe el proceso por el cual el apareamiento produce descendencia no viable, propensa a enfermedades o con algún defecto genético. En la naturaleza, las estrategias de apareamiento han evolucionado para permitir que las hembras elijan o determinen parejas con mayor probabilidad de tener descendencia viable.

La poliandria , por ejemplo, cuando una hembra se aparea con dos o más machos durante un período de receptividad sexual, reduce la probabilidad de que una sola pareja sea genéticamente incompatible. Aún no se comprende del todo cómo las hembras determinan los genes compatibles antes del apareamiento, pero se han propuesto diversos mecanismos, como las feromonas y la apariencia o el comportamiento de cortejo del macho.

También se presume que la selección sexual puede continuar después de la cópula, la llamada "elección femenina críptica", denominada así porque tiene lugar dentro del cuerpo y no puede observarse directamente. En este caso, la hembra puede rechazar el esperma masculino incompatible.

Los científicos pueden diseñar incompatibilidades genéticas para controlar plagas como mosquitos y moscas de la fruta.

Introducido en la comunidad científica a principios de la década de 1990, el concepto de elección críptica femenina es complejo y ofrece una nueva explicación para la infertilidad. ^{[ 1 ]} Se ha pensado que los efectos genéticos no aditivos son la razón principal del aislamiento reproductivo entre especies. ^{[ 2 ]} Estudios más recientes han concluido que, en comparación con los efectos genéticos aditivos, los efectos genéticos no aditivos tienen un papel más importante en la fertilidad y la supervivencia embrionaria. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} Como resultado, algunos científicos han concluido que, en lugar de que los genes de la hembra o los genes del macho por sí solos sean la razón de la infertilidad de la pareja, es el resultado de la relación y compatibilidad de sus genes. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, algunos genotipos masculinos pueden tener una tasa de éxito de fertilización más alta con algunos genotipos femeninos que con otros. ^{[ 2 ]}

Ciertos alelos emparejados pueden conducir a una falla reproductiva completa/incompatibilidad como resultado de la compatibilidad diferencial entre diferentes variantes. ^{[ 2 ]} Otro factor que contribuye a la incompatibilidad se basa en los carbohidratos de la superficie de los gametos. ^{[ 2 ]} Múltiples estudios han demostrado que el contacto físico entre el espermatozoide y el óvulo puede causar una reacción química en la hembra. ^{[ 2 ]} Esta reacción ocurre cuando el óvulo entra en contacto con glicanos de superficie no compatibles y puede afectar el potencial de fertilización del espermatozoide al causar cambios estructurales en los glicanos de la superficie del espermatozoide. ^{[ 2 ]}

Amargos rosados

Un ejemplo de cómo los genes indirectos no aditivos impactan la fertilidad proviene de un equipo de investigadores que investigó cómo las hembras de rhodeus ocellatus (pez amargo rosado) emplean la elección de pareja y el papel del gen MHC en esa decisión. ^{[ 3 ]} Después de permitir que hembras y machos se aparearan, recolectaron ADN de todos los peces amargos adultos, así como de su descendencia. ^{[ 3 ]} Los datos mostraron que las hembras eran más propensas a elegir machos cuyo gen MHC era diferente al suyo. ^{[ 3 ]} La descendencia que provenía de una pareja con genes MHC diferentes tenía tasas de supervivencia más altas. ^{[ 3 ]} Aunque estos investigadores no probaron esta teoría, especularon que tal vez durante el cortejo del macho, este disipa señales de olor del gen MHC que ayudan a la hembra en su proceso de toma de decisiones. ^{[ 3 ]}

Los polimorfismos de color genéticos son formas de color definidas genéticamente entre animales de la misma especie. ^{[ 9 ]} En general, los morfos de color dentro de una población pueden cruzarse sin problemas. Sin embargo, la evidencia muestra que, en ciertos casos, la viabilidad de la descendencia de morfos de color cruzados es drásticamente menor que la de aquellos que presentan el mismo color. ^{[ 9 ]} Si bien la coloración es la manifestación más pronunciada de un fenotipo determinado, ya que los individuos pueden diferenciarse fácil y rápidamente para el ojo humano, existen otros factores que pueden verse afectados pero que no son tan fáciles de identificar. ^{[ 10 ]}

pinzones de Gould

Un grupo de investigadores estudió cómo las tasas de supervivencia de la descendencia de Erythrura Gouldiae (pinzón de Gould) se ven afectadas cuando la pareja reproductora tiene genes para diferentes colores. ^{[ 9 ]} Criaron parejas puras y mixtas de pinzones (en esta especie, el gen para producir un pinzón de cabeza roja es dominante sobre el que produce un pinzón de cabeza negra). ^{[ 9 ]} Después de la incubación, los huevos producidos por parejas mixtas tenían un 34,3 % menos de probabilidades de eclosionar en comparación con los producidos por parejas puras. ^{[ 9 ]} La descendencia de parejas mixtas que sobrevivió a la etapa de incubación seguía estando en desventaja, con un aumento del 32,1 % en la mortalidad entre el momento de la eclosión y los 60 días posteriores (durante los cuales aún estaban al cuidado de los padres). ^{[ 9 ]} Incluso después de independizarse, la mortalidad de la descendencia de parejas mixtas seguía siendo mayor. Específicamente, la tasa de mortalidad de las hijas de genotipos mixtos era mucho mayor. ^{[ 9 ]}

La poliandria es un patrón de apareamiento que se identifica en las especies cuando una hembra se aparea con dos o más machos durante un período de receptividad sexual. ^{[ 11 ]} Las hembras pueden participar en este comportamiento en caso de que su única pareja sea genéticamente incompatible. ^{[ 12 ]} Si ese fuera el caso, perdería la oportunidad de quedar embarazada durante esa temporada y no podría intentarlo de nuevo hasta el siguiente período de apareamiento. ^{[ 12 ]}

La creación de descendencia requiere que la hembra asigne una gran parte de sus recursos a la formación del embrión. ^{[ 7 ]} La práctica de la poliandria le permite asegurar que la descendencia que criará sea viable y no represente un desperdicio de su tiempo, energía y recursos. ^{[ 7 ]}

Otro experimento se realizó con pinzones de Gould, durante el cual los investigadores quisieron determinar el efecto de la compatibilidad e incompatibilidad en la relación entre parejas socialmente monógamas de pinzones. ^{[ 13 ]} Descubrieron que al participar en relaciones de apareamiento "extramaritales", las hembras podían dirigirse con mayor precisión a los genes compatibles, aumentando así la cantidad de descendencia viable que producían. ^{[ 13 ]} Los investigadores emparejaron a las hembras con machos compatibles e incompatibles como su pareja social. Sin embargo, también pusieron a disposición machos compatibles e incompatibles como pareja extramarital. ^{[ 13 ]} Los datos recopilados revelaron que el 77,5% de las hembras se aparearon fuera de sus parejas. Si su pareja extramarital era compatible (a diferencia de su pareja social), la hembra experimentó un aumento del 38,9% en la supervivencia de la descendencia. ^{[ 13 ]} Aunque las hembras no pueden distinguir entre parejas compatibles e incompatibles, al participar en la poliandria, aumenta su probabilidad de producir más descendencia y más sana. ^{[ 13 ]}

Los elementos genéticos egoístas son genes que utilizan diversos métodos para asegurar su transmisión a las nuevas generaciones. ^{[ 14 ]} Estos elementos tienen el potencial de generar incompatibilidades genéticas, ya que sus efectos suelen depender de las interacciones con el genotipo del huésped y de si están presentes en ambos progenitores. ^{[ 15 ]} Se ha debatido si estos elementos genéticos egoístas pueden influir en la selección de espermatozoides postcopulatorios que algunas hembras experimentan para determinar la mejor pareja (la más compatible) para sus genes. ^{[ 14 ]}

Los ratones portan un tipo particular de elemento genético egoísta conocido como distorsionador de la segregación. ^{[ 16 ]} Esta clasificación específica puede establecerse en más del 50% de la descendencia después del período de meiosis . ^{[ 16 ]} Específicamente en ratones, el distorsionador que pueden portar se conoce como complejo t. ^{[ 17 ]} Este alelo específico es letal recesivo, lo que significa que puede tener un efecto grave en la aptitud de la descendencia y es muy probable que sea mortal. ^{[ 17 ]} Después de múltiples experimentos, se descubrió que tanto los machos como las hembras evitan aparearse con aquellos del sexo opuesto que son heterocigotos para el alelo, pero muestran una fuerte preferencia por aquellos que no son portadores del alelo. ^{[ 17 ]} Si se aparearan con una pareja heterocigota, potencialmente podría llevar a que la mitad de su descendencia muera como resultado del alelo letal. ^{[ 17 ]}

La incompatibilidad genética inducida (IGI) es una técnica que se está desarrollando para generar incompatibilidad entre especies con el fin de controlar las poblaciones. ^{[ 18 ]} Imitando la técnica del insecto estéril , al introducir machos IGI en una población, se genera un sistema de machos incompatibles en la selección sexual. ^{[ 18 ]} Los machos modificados genéticamente pueden competir por la atención de las hembras al mismo nivel que los que no han sido modificados. ^{[ 18 ]} Dado que los machos IGI son rivales iguales a sus homólogos silvestres, pueden usar el tiempo y la energía de las hembras para reproducirse, pero solo para crear descendencia no viable. ^{[ 18 ]}

Un equipo de investigadores de la Universidad de Minnesota logró modificar genéticamente una población de moscas de la fruta para que no pudieran generar descendencia viable al aparearse específicamente con moscas de tipo silvestre. ^{[ 18 ]} Los investigadores fabricaron moscas que expresarían un activador de transcripción programable (PTA) basado en dCas9. ^{[ 18 ]} Mediante este método, se podía afectar el promotor de cualquier gen. ^{[ 18 ]} Cuando las moscas EGI se aparean entre sí, pueden evitar los efectos negativos que genera el PTA porque también se les proporcionó el gen de una mutación que podría combatir la sobreexpresión del gen. ^{[ 18 ]} Su descendencia transmitiría las mismas incompatibilidades a la siguiente generación, lo que agravaría el impacto en la población. ^{[ 18 ]} Sin embargo, la descendencia producida por pares híbridos (un EGI y un tipo silvestre ) tiene un par heterocigoto de los genes PTA y de resistencia y no sobrevive mucho tiempo después de la eclosión, si es que lo hace, como resultado del efecto inactivador del PTA sobre el promotor del gen. ^{[ 18 ]}

mosquitos

Se ha realizado una gran cantidad de investigación para intentar utilizar esta tecnología como herramienta para intentar controlar la propagación de enfermedades transmitidas por mosquitos como el dengue, el zika y el chikungunya . ^{[ 19 ]} Gracias a la investigación exitosa realizada con moscas de la fruta, un equipo de investigadores pudo manipular algunos aspectos del experimento y controlar eficazmente una población simulada de Aedes aegypti (mosquitos). ^{[ 19 ]} Para su experimento, utilizaron letalidad femenina, lo que significa que las mosquitas hembras modificadas genéticamente no sobrevivirían a las etapas iniciales de sus vidas. ^{[ 19 ]} Los investigadores denominaron a este nuevo enfoque Sistema de Machos Incompatibles Autoclasificados (SSIMS). ^{[ 19 ]} Observaron un aumento en la supresión de la población a medida que aumentaban el número de mosquitos SSIMS liberados porque la descendencia concebida de los machos SSIMS era inviable. ^{[ 19 ]} Después de este éxito, se modeló una nueva estrategia, Sistema de Esterilidad Masculina Amplificada en Campo (FAMSS). ^{[ 19 ]} Esto tuvo un impacto aún mayor en el control de la población, ya que la descendencia era viable pero estéril. ^{[ 19 ]}