Poliploidía: tipos, en animales, en humanos, en plantas
La poliploidía es un tipo de mutación genética que consiste en la adición de una dotación completa (juegos completos) de cromosomas al núcleo celular, constituyendo pares homólogos. Este tipo de mutación cromosómica es la más común de las euploidias y se caracteriza porque el organismo porta tres o más juegos completos de cromosomas.
Un organismo (diploide normalmente= 2n) es considerado poliploide cuando adquiere uno o más conjuntos completos de cromosomas. A diferencia de las mutaciones puntuales, inversiones cromosómicas y las duplicaciones, este proceso es gran escala, es decir, se da sobre dotaciones completas de cromosomas.
En lugar de ser haploide (n) o diploide (2n), un organismo poliploide puede ser tetraploide (4n), octoploide (8n) o mayor. Este proceso de mutación es bastante frecuente en plantas y resulta extraño en animales. Este mecanismo puede incrementar la variabilidad genética en aquellos organismos sésiles que no son capaces de trasladarse de ambiente.
La poliploidía es de gran importancia en términos evolutivos en ciertos grupos biológicos, donde constituye un mecanismo frecuente de generación de nuevas especies ya que la carga cromosómica es una condición heredable.
Índice del artículo
- 1 ¿Cuándo ocurre la poliploidía?
- 2 Aparición de especies nuevas
- 3 Tipos de poliploidía
- 4 Poliploidía en animales
- 5 Poliploidía en plantas
- 6 Referencias
Las perturbaciones en el número de cromosomas pueden ocurrir tanto en la naturaleza como en poblaciones establecidas en laboratorio. Además pueden inducirse con agente mutagénicos como la colchicina. A pesar de la increíble precisión de la meiosis, ocurren aberraciones cromosómicas y son más comunes de lo que uno podría pensar.
La poliploidía surge como resultado de algunas alteraciones que pueden ocurrir durante la meiosis ya sea en la primera división meiótica o durante la profase, en la cual los cromosomas homólogos se organizan en pares para formar tétradas y ocurre una no-disyunción de estas últimas durante la anafase I.
La poliploidía es importante ya que es un punto de partida para originar nuevas especies. Este fenómeno es una fuente importante de variación genética, ya que da lugar a cientos o miles de loci duplicados que quedaran libres para obtener nuevas funciones.
En las plantas es particularmente importante y bastante difundido. Se estima que más del 50% de las plantas con flor se han originado por poliploidía.
En la mayoría de los casos los poliploides difieren fisiológicamente de las especies originarias y debido a esto, pueden colonizar ambientes con nuevas características. Muchas especies importantes en la agricultura (incluyendo el trigo), son poliploides de origen hibrido.
Las poliploidías se pueden clasificar de acuerdo al número de sets o juegos cromosómicos completos presentes en el núcleo celular.
En este sentido, un organismo que contiene “tres” juegos de cromosomas es “triploide”, “tetraploide” si contiene 4 juegos de cromosomas, pentaploide (5 juegos), hexaploidae (6 juegos), heptaploide (siete juegos), octoploide (ocho juegos), nonaploidae (nueve juegos), decaploide (10 juegos), y así sucesivamente.
Por otro lado, también se pueden clasificar las poliploidías según sea el origen de las dotaciones cromosómicas. En este orden de ideas, un organismo puede ser: autopoliploide o alopoliploide.
Un autopoliploide contiene varios juegos de cromosomas homólogos derivados del mismo individuo o bien de un individuo perteneciente a la misma especie. En este caso, los poliploides son formados por la unión de gametos no reducidos de organismos genéticamente compatibles que son catalogados como la misma especie.
Un alopoliploide es aquel organismo que contiene juegos de cromosomas no homólogos debido a hibridación entre diferentes especies. En este caso, la poliploidía se presenta después de la hibridación entre dos especies relacionadas.
En los animales la poliploidía es rara o poco frecuente. La hipótesis más extendida que explica la pequeña frecuencia de especies poliploides en animales superiores es que sus complejos mecanismos de determinación sexual dependen de un equilibrio muy delicado en el número de cromosomas sexuales y los autosomas.
Esta idea ha sido mantenida a pesar de la evidencia acumulada de animales que existen como poliploides. Generalmente se observa en grupos animales inferiores como las lombrices y una gran variedad de platelmintos, en donde los individuos suelen poseer tanto gónadas masculinas como femeninas facilitando la autofecundación.
Las especies que presentan esta última condición se denominan hermafroditas autocompatibles. Por otro lado, también puede ocurrir en otros grupos cuyas hembras pueden dar descendencia sin fecundación, mediante un proceso denominado partenogénesis (lo cual no implica un ciclo sexual meiótico normal)
Durante la partenogénesis, los descendientes se producen básicamente por división mitótica de las células parentales. Aquí se incluyen muchas especies de invertebrados como escarabajos, isópodos, polillas, camarones, varios grupos de arácnidos y algunas especies de peces, anfibios y reptiles.
A diferencia de las plantas, en los animales la especiación a través de la poliploidía constituye un evento excepcional.
El roedor Tympanoctomys barrerae es una especie tetraploide que posee 102 cromosomas por célula somática. Además presenta un efecto “gigas” en sus espermatozoides. Esta especie alopoliploide probablemente se originó por la ocurrencia de varios eventos de hibridación de otras especies de roedores como Octomys mimax y Pipanacoctomys aureus.
La poliploidía es poco común en vertebrados y es considerada irrelevante en la diversificación de grupos como los mamíferos (a diferencia de las plantas) debido a las disrupciones que ocurren en el sistema de determinación del sexo y en el mecanismo de compensación de dosis.
Se estima que cinco de cada 1000 humanos nacen con defectos genéticos graves atribuibles a anomalías cromosómicas. Un número aún mayor de embriones con defectos cromosómicos se abortan espontáneamente y muchos más nunca llegan al nacimiento.
En los humanos las poliploidías cromosómicas son consideradas letales. Sin embargo en células somáticas como los hepatocitos, cerca del 50% de estas son normalmente poliploides (tetraploide u octaploide).
Las poliploidías más frecuentemente detectadas en nuestra especie son las triploidías y tetraploidías completas, además mixoploides diploide/triploide (2n/3n) y diploide/tetraploide (2n/4n).
En estas últimas, coexiste una población de células normales diploides (2n), con otra que tiene 3 o más múltiplos haploides de cromosomas, por ejemplo: triploide (3n) o tetraploide (4n).
Las triploidías y tetraplodías en humanos no son viables a largo plazo. Se ha reportado en la mayoría de los casos muerte al nacimiento o inclusive a los pocos días del nacimiento variando desde menos de un mes hasta un máximo de 26 meses.
La existencia de más de un genoma en el mismo núcleo ha desempeñado un papel importante en el origen y evolución de las plantas, siendo quizás la alteración citogenética más importante en la especiación y evolución vegetal. Las plantas fueron la puerta de entrada al conocimiento de células con más de dos juegos de cromosomas por célula.
Desde el inicio de los conteos cromosomales se observó que una gran variedad de plantas silvestres y cultivadas (incluyendo algunas de las más importantes) son poliploides. Casi la mitad de las especies de angiospermas (plantas con flores) conocidas son poliploides, así mismo, la mayoría de los helechos (95%) y una gran variedad de musgos.
La presencia de poliploidía en las plantas gimnospermas es rara y altamente variable en los grupos de angiospermas. En general, se ha señalado que las plantas poliploides son altamente adaptables, pudiendo ocupar hábitats que sus ancestros diploides no pudieron. Además las plantas poliploides con más copias genómicas acumulan mayor “variabilidad”.
Dentro de las plantas, quizás las alopoliploides (más comunes en la naturaleza) tuvieron un papel fundamental en la especiación y radiación adaptativa de muchos grupos.
En los vegetales la poliploidía puede originarse a partir de varios fenómenos distintos, siendo quizás los más frecuentes los errores durante el proceso de meiosis que dan lugar a gametos diploides.
Más de 40% de las plantas cultivadas son poliploides, entre ellas la alfalfa, el algodón, la patata, café, fresas, trigo entre otras, sin existir una relación entre la domesticación y la poliploidía de las plantas.
Desde que se implementó la colchicina como agente para inducir la poliploidía, se usó en plantas de cultivo básicamente por tres razones:
-Para generar poliploidía en ciertas especies de importancia, como un intento de obtener plantas mejores, pues en poliploides suele presentarse un fenotipo en el cual existe un notable crecimiento de tamaño “gigas” debido a que hay un mayor número de células. Esto ha permitido notables avances en horticultura y en el campo de la mejora genética vegetal.
-Para poliploidización de híbridos y que recuperen la fertilidad de manera que se rediseña o se sintetiza alguna especie.
-Y por último como forma de transferir genes entre especies con diferente grado de ploidía o dentro de una misma especie.
Dentro de las plantas un poliploide natural de gran importancia y particularmente interesante es el trigo del pan, Triticum aestibum (hexaploide). Junto con el centeno fue construido intencionalmente un poliploide denominado “Triticale”, un alopoliploide con la elevada productividad del trigo y la robustez del centeno, el cual posee un gran potencial.
El trigo dentro de las plantas cultivadas ha sido notablemente esencial. Existen 14 especies de trigo que han evolucionado por alopoliploidia, y forman tres grupos, uno de 14, otro de 28 y un último de 42 cromosomas. El primer grupo incluye las especies más antiguas del género T. monococcum y T. boeoticum.
En el segundo grupo está conformado por 7 especies y aparentemente deriva de la hibridación de T. boeoticum con una especie de hierva silvestre de otro género llamado Aegilops. El cruce produce un hibrido vigoroso estéril que mediante duplicación de cromosomas puede resultar en un alotetraploide fértil.
El tercer grupo de 42 cromosomas es donde están los trigos de pan, que se originaron probablemente a través de hibridación de una especie tertraploide con otra especie del Aegilops seguido de una duplicación del complemento cromosómico.
- Alcántar, J. P. (2014). La poliploidía y su importancia evolutiva. Temas deficiencia y Tecnología, 18:17-29.
- Ballesta, F. J. (2017). Algunas consideraciones bioéticas en relación con la existencia de casos de seres humanos con tetraploidía o triploidía completas, nacidos vivos. Studia Bioethica, 10(10): 67-75.
- Castro, S., & Loureiro, J. (2014). El papel de la reproducción en el origen y la evolución de las plantas poliploides. Revista Ecosistemas, 23(3), 67-77.
- Freeman, S y Herron, J. C. (2002). Analisis Evolutivo. Pearson Education.
- Hichins, C. F. I. (2010). Origen genético y geográfico del roedor tetraploide Tympanoctomys barrerae (Octodontidae), basado en el análisis de secuencias de citocromo b mitocondrial (Doctoral dissertation, Instituto de Ecología).
- Hickman, C. P, Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, D. J. (2008). Integrated Principles of Zoology. New York: McGraw-Hill. 14th Edition.
- Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., & Quiñones Maza, O. (1999). Mixoploidía diploide-tetraploide: primer reporte en nuestro medio. Revista Cubana de Pediatría, 71(3), 168-173.
- Schifino-Wittmann, M. T. (2004). Poliploidia e seu impacto na origem e evolução das plantas silvestres e cultivadas. Revista brasilera de agrociencia, 10(2): 151-157.
- Suzuki, D. T.; Griffiths, A. J. F.; Miller, J. H & Lewontin, R. C. (1992). Introducción al analisis Genético. McGraw-Hill Interamericana. 4th Edición.