Biología (plan 1997) 2021-1

Sede del curso: Instituto de Biología (www.ib.unam.mx).

Profesoras/profesor

● Dr. Alejandro Zaldívar Riverón (azaldivar@ib.unam.mx)

● Dra. Pilar Benites (pilarbenites@gmail.com)

● Dra. Rubi Meza Lázaro (rubi.meza@ib.unam.mx)

● M. en C. Jovana Jasso Martínez (jovana.jasso@st.ib.unam.mx)

● M. en C. Natalia Delgado Machuca (machupichu@ciencias.unam.mx)

Antecedentes y perspectivas

Los avances en las tecnologías de secuenciación de ADN han revolucionado el estudio de la biología, encontrándonos en este momento en lo que se podría llamar la revolución genómica. Los métodos actuales de secuenciación masiva sin duda han impactando fuertemente el estudio de la biodiversidad y la evolución molecular, desde estudios a nivel poblacional y aquellos que investigan especies con altos niveles de divergencia, hasta estudios fenotípicos y procesos de especiación en poblaciones naturales. Los métodos de secuenciación masiva incluyen una gran variedad de técnicas que generan diferentes tipos de datos que varían en el largo y el número de secuencias que se generan, la cantidad de datos faltantes y la forma y cobertura con la que se muestrea al genoma. Estas variables influencian la utilidad de cada técnica a la hora de responder diferentes preguntas de interés biológico. Por todo lo expuesto, es imperativo que las nuevas generaciones de biólogos tengan una sólida formación en este tipo de herramientas genómicas, ya que irán cobrando aún mayor importancia en el futuro en una gran cantidad de disciplinas en biología.

El objetivo general del presente taller es dar a conocer al alumno las técnicas de secuenciación masiva que son más utilizadas en la actualidad, así como los métodos y herramientas más novedosos en sistemática y biología evolutiva que son empleados con este tipo de datos. Para ello, se llevarán a cabo clases teóricas, discusión de trabajos y trabajos con diferentes programas y herramientas bioinformáticas para que el alumno tenga un conocimiento integral tanto teórico como práctico del uso de datos genómicos para el estudio de la biodiversidad y evolución.

OBJETIVO GENERAL
· Conocer e implementar herramientas genómicas para estudios sobre biodiversidad y evolución molecular.

Horario de clases y prácticas presenciales

Martes y jueves 10 am-12 pm.

Ejemplos de líneas de investigación para realizar proyectos

Evolución de genomas de organelos.

El genoma eucariota se distribuye en diferentes compartimientos genéticos (núcleo, mitocondria y plastos) con diferentes modos de herencia, origen evolutivo, organización genómica, capacidad de codificación y tasas de mutación. Estas diferencias entre los genomas de la célula eucariota tienen consecuencias evolutivas, y las inferencias hechas a partir de genes que provienen de diferentes compartimentos genéticos son diferentes también. Además, estos genomas pueden ser altamente dinámicos y presentar fenómenos, como la duplicación genética, la transferencia de genes entre ellos, la pseudogenización (pérdida de función) y la heteroplasmia (presencia de más de un genoma mitocondrial o de plastos en un individuo). Estas dinámicas pueden inducir conflictos genómicos entre el núcleo y los orgánulos y producir especiación, inviabilidad o esterilidad. Por ello, el estudio de la estructura y composición de los genomas contenidos en diferentes compartimentos genéticos es una línea de investigación en auge.

Una de las líneas de investigación del taller “​Herramientas genómicas para el estudio de la biodiversidad y evolución”​ se centra en el estudio de la evolución de diferentes compartimentos genéticos y su uso en sistemática y reconstrucción filogenética en diversos grupos de plantas y animales. Entre los estudios sobre este tema en los que los alumnos del taller pueden realizar su proyecto de investigación están:

1) Evolución, estructura y composición de genomas de organelos en plantas y animales.

2) Caracterización y evolución de heteroplasmia en hormigas.

3) Interacción del genoma mitocondrial con los genomas nuclear y de plástidos en orquídeas. Migración de genes de plástidos a la mitocondria en plantas.

Asociación parasiotide-hospedero, parasitoide-microbiota

En condiciones naturales, tanto organismos, poblaciones y especies llevan a cabo diferentes tipos de interacciones. Estas interacciones se pueden clasificar de acuerdo con los beneficios y desventajas de los organismos involucrados. Una de las interacciones biológicas más complejas es el parasitoidismo, que se distingue por causar invariablemente la muerte del hospedero. Esta estrategia es llevada a cabo por un gran número de especies pertenecientes a varios órdenes de insectos, pero principalmente por miembros del orden Hymenoptera. En la estrategia parasitoide, las hembras generalmente paralizan larvas de otros insectos inyectando veneno con su ovopositor, con el cual después depositan dentro o sobre el hospedero uno o varios huevos de los cuales emergerán las larvas que se alimentarán del hospedero.

A pesar de que un gran número de especies de insectos son parasitoides, en muchas ocasiones es extremadamente difícil poder confirmar la asociación entre la especie parasitoide y su especie hospedera. Una línea de investigación del taller se enfoca en conocer las asociaciones parasitoide-hospedero mediante el uso de herramientas genómicas, en las que es posible obtener material genético de la especie hospedera a partir de la secuenciación del parasitoide. En particular, nuestro equipo de trabajo estudia este sistema en una de las familias de avispas parasitoides con mayor riqueza de especies y mayor variedad de estrategias de parasitoidismo, la familia Braconidae. A partir del estudio de estas asociaciones es también posible investigar otros aspectos sobre la biología de los parasitoides, tales como su microbiota, que es la comunidad de microorganismos (virus, bacterias, hongos) que viven dentro de un ambiente específico (microbioma) en un hospedero animal o vegetal.

Metagenómica para el monitoreo de la biodiversidad y biovigilancia

La metagenómica es el estudio conjunto del material genético (genoma) de una comunidad de organismos presentes en un determinado tiempo y lugar. Esta aproximación permite conocer la biodiversidad a partir de recolectas masiva de organismos (p. ej. insectos, artrópodos y otros invertebrados) con trampas, muestras ambientales tales como suelos y agua, así como la microbiota presente dentro de un organismo. Así, la metagenómica revela la vida microscópica escondida, ofrece una manera poderosa de conocer la biodiversidad y permite realizar monitoreos ambientales exhaustivos en tiempo y espacio.

En esta línea de investigación del presente taller nos interesa utilizar herramientas de secuenciación masiva y bioinformática que permitan obtener información genética/genómica para los siguientes proyectos:

1) Estimación de la diversidad y monitoreo de la comunidad de artrópodos presente en la selva baja caducifolia de la Reserva de la Biósfera de Chamela-Cuixmala en Jalisco bajo efectos de perturbación local y cambio climático.

2) Biovigilancia de vectores involucrados en enfermedades humanas: chinches (Hemiptera: Reduviidae: Triatominae) vectores de la enfermedad de Chagas; dípteros flebótomos (​Psychodidae) vectores de Leishmaniasis. A partir de la secuenciación masiva del contenido estomacal de estos vectores es posible llevar a cabo estudios evolutivos y ecológicos tanto del vector, del parásito responsable de la enfermedad así como de los hospederos intermediarios (p. ej. mamíferos silvestres). Estos estudios proveen de valiosa información para la toma de decisiones sobre el control de los vectores que habitan en las zonas afectadas.

Algunos artículos recientes publicados en el laboratorio a cargo del Dr. Alejandro Zaldívar Riverón