Inversión cromosómica

Una inversión es una reorganización cromosómica en la que un segmento de un cromosoma se invierte dentro de su posición original. Una inversión ocurre cuando un cromosoma sufre dos rupturas dentro del mismo brazo cromosómico, y el segmento entre las dos rupturas se inserta en la dirección opuesta en el mismo brazo cromosómico. Los puntos de ruptura de las inversiones suelen ocurrir en regiones de nucleótidos repetitivos, y estas regiones pueden reutilizarse en otras inversiones. ^{[ 1 ]} Los segmentos cromosómicos en las inversiones pueden ser tan pequeños como 1 kilobase o tan grandes como 100 megabases. ^{[ 2 ]} El número de genes capturados por una inversión puede variar desde unos pocos genes hasta cientos de genes. ^{[ 3 ]} Las inversiones pueden ocurrir a través de la recombinación ectópica entre secuencias repetitivas o a través de la ruptura cromosómica seguida de la unión de extremos no homólogos . ^{[ 4 ]}

Las inversiones son de dos tipos: paracéntricas y pericéntricas . Las inversiones paracéntricas no incluyen el centrómero , y ambos puntos de ruptura ocurren en un brazo del cromosoma. Las inversiones pericéntricas abarcan el centrómero, y hay un punto de ruptura en cada brazo ^{[ 5 ]} .

Las inversiones generalmente no causan anomalías en los portadores, siempre que el reordenamiento sea equilibrado, sin ADN adicional ni faltante. Sin embargo, en individuos heterocigotos para una inversión, se produce una mayor cantidad de cromátidas anormales (esto ocurre cuando se produce un entrecruzamiento dentro del segmento de la inversión). Esto conlleva una menor fertilidad, debido a la producción de gametos desequilibrados. Las inversiones no implican pérdida ni ganancia de información genética; simplemente reorganizan la secuencia lineal de ADN.

Las técnicas citogenéticas pueden detectar inversiones, o bien, estas pueden inferirse a partir del análisis genético . Algunas de las técnicas utilizadas para detectar inversiones son: análisis de cariotipo , bandas G e hibridación in situ con fluorescencia . Sin embargo, en la mayoría de las especies, las pequeñas inversiones pasan desapercibidas. Más recientemente, la genómica comparativa se ha utilizado para detectar inversiones cromosómicas mediante el mapeo del genoma. ^{[ 6 ] [ 7 ]} La genómica poblacional también puede utilizarse para detectar inversiones, empleando áreas de alto desequilibrio de ligamiento como indicadores de posibles sitios de inversión. El desequilibrio de ligamiento se refiere a la asociación no aleatoria de alelos en diferentes loci genéticos. Cuando las combinaciones de alelos ocurren con mayor frecuencia de lo esperado bajo una distribución aleatoria, se dice que los loci están en desequilibrio de ligamiento. En regiones que contienen inversiones cromosómicas, la recombinación suprimida puede dar lugar a desequilibrio de ligamiento. A las familias humanas que puedan ser portadoras de inversiones se les puede ofrecer asesoramiento genético y pruebas genéticas . ^{[ 8 ]}

La primera evidencia de una inversión cromosómica fue hallada en 1921 por Alfred Sturtevant en Drosophila melanogaster . ^{[ 9 ]} Desde entonces, se han encontrado inversiones en todos los eucariotas . ^{[ 3 ]} Cuando Sturtevant descubrió las inversiones, estas se consideraban áreas de supresión de la recombinación.

Originalmente, estas inversiones se observaron en cromosomas politénicos dentro de las glándulas salivales de larvas heterocigotas de Drosophila melanogaster . ^{[ 3 ]} En 1970, Theodosius Dobzhansky observó que los genes dentro de una inversión tenían mayor aptitud que aquellos que se encuentran fuera de las inversiones, aunque esta es un área que necesita más estudio. ^{[ 10 ]}

Uno de los modelos más recientes de inversiones es el Modelo de Kirkpatrick y Barton (2006), que postula que las inversiones son selectivamente ventajosas al vincular alelos adaptativos. Al vincular físicamente variantes coadaptadas en múltiples genes en versiones distintas (haplotipos) de una inversión, la selección debería ser más eficiente para impulsar estas variantes a una alta frecuencia en una población. Esto contrasta con las regiones no invertidas, que pueden permitir la presencia de alelos adaptativos y desadaptativos. ^{[ 11 ]}

Cuando un cromosoma portador de una inversión se empareja con un cromosoma homólogo no invertido (heterocigotos de inversión) durante la meiosis , no se sinapsan correctamente y se forman bucles de inversión. Un entrecruzamiento dentro del bucle puede producir gametos desequilibrados . En una inversión paracéntrica, la recombinación da como resultado una cromátida dicéntrica y una cromátida acéntrica. Durante la anafase , ambos recombinantes se enfrentan a problemas. La cromátida acéntrica es arrastrada hacia un polo u otro, y el recombinante dicéntrico genera puentes dicéntricos al ser arrastrado en dos direcciones. ^{[ 12 ]}

En una inversión pericéntrica, se producen cromosomas desequilibrados similares. Los cromosomas recombinantes resultantes de estos cruces incluyen deleciones y duplicaciones . La descendencia producida por dichos gametos es mayoritariamente inviable y, por lo tanto, la recombinación se suprime indirectamente dentro de las regiones invertidas. ^{[ 12 ]}

La recombinación suprimida entre heterocigotos de inversión brinda una oportunidad para la evolución independiente de los arreglos ancestrales e invertidos. Al principio, el arreglo invertido carece de variación, mientras que el ancestral no. Si el haplotipo invertido no se pierde (por ejemplo, debido a la deriva genética ), la variación en el arreglo invertido puede aumentar con el tiempo, y la tasa de recombinación en la región invertida se restablece parcialmente a medida que se introducen más homocigotos. ^{[ 13 ]}

Las inversiones cromosómicas han captado mucha atención en la investigación evolutiva debido a su potencial papel en la adaptación local y la especiación. Dado que los haplotipos de inversión no recombinantes pueden albergar múltiples variantes genéticas coadaptadas, se cree que las inversiones facilitan la adaptación local a diferentes entornos, ya que la selección natural es más eficiente para impulsar dichas variantes adaptativas ligadas a una alta frecuencia dentro de una población. ^{[ 14 ]} Sin embargo, demostrar empíricamente la presencia de variantes genéticas ligadas y coadaptadas dentro de las inversiones es difícil porque los haplotipos de inversión no se recombinan. Además, este posible efecto positivo de las inversiones cromosómicas para la adaptación a diferentes entornos se basa en la suposición de que las variantes genéticas adaptativas ligadas a distintos haplotipos de inversión están, de hecho, coadaptadas. Sin embargo, es probable que esta idea se vea afectada en situaciones donde las poblaciones experimentan una selección que varía espacial o temporalmente. Debido a la selección fluctuante sobre las variantes ligadas a la inversión, la ausencia de recombinación entre haplotipos de inversión que albergan variantes genéticas distintas puede, por tanto, limitar en lugar de facilitar la adaptación a diferentes entornos. ^{[ 15 ]} La importancia de las inversiones cromosómicas en la adaptación a diferentes entornos sigue siendo, por consiguiente, un problema empírico abierto en la genética evolutiva.

El polimorfismo de inversión puede establecerse de dos maneras. La deriva genética o la selección pueden dar lugar a la fijación de una inversión en una población local. El polimorfismo de inversión puede resultar del flujo genético entre esta población y una población sin la inversión. La selección equilibradora también puede dar lugar al polimorfismo de inversión por dependencia de frecuencia o sobredominancia . ^{[ 13 ]} Las diferencias de aptitud entre el cromosoma invertido y el ancestral pueden producir un polimorfismo estable o pueden dar lugar a la fijación de uno u otro cromosoma. ^{[ 16 ]}

Las inversiones han sido esenciales para la evolución de los cromosomas sexuales . En los mamíferos, el cromosoma Y es incapaz de recombinarse con el cromosoma X, casi a lo largo de toda su longitud. Esta porción no recombinante resulta de una serie de inversiones superpuestas. La selección natural favorece una menor tasa de recombinación entre los loci determinantes del sexo y los genes antagónicos al sexo. Esto provoca un desequilibrio de ligamiento entre el locus determinante del sexo masculino y un alelo en otro locus que resulta beneficioso para los machos. Esto puede ocurrir mediante inversiones que dan lugar a un bloque no recombinante que incluye ambos loci, como sucede en el cromosoma Y de los mamíferos. ^{[ 16 ]}

Las inversiones también pueden ser esenciales en el origen de nuevos cromosomas sexuales. Pueden causar desequilibrio de ligamiento entre una mutación determinante del sexo y loci antagónicos al sexo, y crear un nuevo cromosoma sexual a partir de un autosoma. ^{[ 17 ]}

Las inversiones pueden estar involucradas en la especiación de múltiples maneras. Dado que las inversiones heterocigotas pueden ser subdominantes , pueden causar una pérdida de aptitud híbrida, lo que resulta en aislamiento postcigótico . También pueden acumular diferencias seleccionadas entre especies, causando aislamiento tanto precigótico como postcigótico. ^{[ 16 ]}

Las inversiones suelen formar clines geográficos en frecuencia que pueden indicar su papel en la adaptación local. Un ejemplo destacado de tal cline es la inversión 3RP en Drosophila melanogaster , que se observa en tres continentes diferentes. ^{[ 16 ]} Cuando una inversión contiene dos o más alelos adaptativos locales, puede ser seleccionada y propagada. Por ejemplo, en la mariposa Heliconius numata , 18 genes que controlan los colores están vinculados por inversiones, ya que juntos confieren una mayor aptitud. ^{[ 18 ]}

El Sistema Internacional de Nomenclatura Citogenómica Humana (ISCN) es un estándar internacional para la nomenclatura de los cromosomas humanos , que incluye nombres de bandas, símbolos y términos abreviados utilizados en la descripción de los cromosomas humanos y sus anomalías. Las abreviaturas incluyen inv para inversiones. ^{[ 20 ]}

• Brenden Adams: antiguo poseedor del récord mundial Guinness al adolescente más alto. Su estatura se debe a una inversión del cromosoma 12 .
• Un ejemplo de inversión cromosómica en organismos se observa en el insecto Coelopa frigida . Esta especie presenta una variación en las inversiones cromosómicas que le permite generar una serie de diferencias físicas. Los individuos de C. frigida de mayor tamaño no experimentan inversión cromosómica, mientras que los de menor tamaño sí.