Uno de los grandes retos desde el principio de las civilizaciones ha sido el estudio de la diversidad biológica y la comprensión de las interacciones entre las especies. Este reto ha sido una tarea extenuante y difícil ya que se requiere de la identificación, clasificación y ordenamiento de una enorme cantidad de organismos. Al principio, los estudios formales sobre este tema comenzaron con metodologías generalmente basadas en datos morfológicos1. Sin embargo, con el desarrollo de nuevas tecnologías se han ido incorporando herramientas moleculares que comparan secuencias de ácido desoxirribonucleico (ADN) para explicar las similitudes y diferencias entre las especies2.
Barcode leopard, graffiti del artista Banksy
En la actualidad el uso integrado de datos morfológicos y moleculares ha permitido que la identificación de las especies sea más rápida, eficiente y confiable, constituyendo lo que recientemente se conoce como taxonomía integrativa. Particularmente hablando sobre las herramientas moleculares, se requiere de una batería de estrategias que van desde la purificación de ADN genómico, la amplificación por reacción en cadena de la polimerasa (PCR) de regiones repetitivas de ADN o de genes mitocondriales y de plastidios hasta la secuenciación y comparación por homología de estas regiones de ADN. Desde que se empezaron a usar estas técnicas moleculares la más relevante ha sido la propuesta por Herbert (et al, 2003) para la identificación biológica por medio del código de barras de ADN3.
Brevemente, en el código de barras de ADN se plantea que la caracterización de los organismos se puede hacer de manera similar a la identificación de los productos comerciales usando el sistema internacional de códigos de barras. Este sistema se basa en la representación de un patrón único de líneas verticales paralelas con diferente grosor y espaciado. El conjunto de esta agrupación de líneas y espacios contiene una determinada información para identificar al producto de manera única e inequívoca. De esta manera, los códigos de barras han favorecido la rápida identificación de artículos para saber sus características generales, sí como para ordenarlos e inventariarlos. Los códigos de barras de ADN para la clasificación de organismos tendrían este mismo principio, pero en lugar de usar líneas de diferente grosor se emplean secuencias de ADN donde cada base nitrogenada es representada por una línea vertical de un solo color. Por lo tanto, un código de barras de ADN se visualiza con líneas verticales de color verde para la adenina, rojo para la timina, amarillo guanina y azul para la citosina4.
Como se mencionó anteriormente, el código de barras de ADN es una herramienta del área de la biología molecular que permite discernir la especie a la cual pertenece cualquier organismo ya que representa un sistema de clasificación reproducible y fiable para la taxonomía integrativa5. Para poder realizar un código de barras de ADN se utilizan genes marcadores con propiedades deseables que están claramente definidas como: a) El gen debe ser casi idéntico en organismos de las mismas especies pero distinto entre individuos de diferentes especies; b) la secuencia completa o una sección del gen debe estar estandarizada (la misma sección debe ser usada en diferentes grupos taxonómicos), y por último, c) el gen marcador debe ser fuerte, es decir, con sitios conservados de unión a iniciadores que le permitan ser rápidamente amplificado y secuenciado6, 7.
De la inmensa cantidad de genes que existen solamente algunos cumplen con las características descritas en el párrafo anterior. Dentro de los genes más comúnmente empleados están los genes MT-COI, matK, rbcL y tufA2. El primero de estos genes se utiliza para la identificación y clasificación de organismos el reino animal, de hecho usando una secuencia estandarizada de 648 nucleótidos del gen MT-COI se han podido identificar hasta la fecha 167 mil 944 diferentes especies de animales. El gen mitocondrial MT-COI es un excelente marcador ya que posee una tasa de evolución entre cinco y 10 veces más rápida que la de genes nucleares de copia única. Además, codifica para la enzima citocromo oxidasa subunidad I (COI), que es una enzima muy conservada y que realiza funciones básicas a nivel celular. La citocromo oxidasa I es un componente o subunidad del complejo enzimático IV embebido en la membrana interna mitrocondrial y que regula el transporte electrónico en la cadena respiratoria de las células eucariotas8.
Además de facilitar la identificación y clasificación de organismos el código de barras de ADN como pilar de la taxonomía integrativa, ha facilitado la comprensión de las relaciones evolutivas debido a la variación o conservación de las secuencias nucleotídicas de los genes marcadores. También, se han identificado especies cripticas que por taxonomía morfológica son indistinguibles y especies con plasticidad fenotípica que pueden ser erróneamente clasificadas como especies diferentes9. Finalmente, el código de barras del ADN es sin duda alguna una de las herramientas de mayor relevancia no solo para identificar organismos sino también para comprender las relaciones ecológicas y la evolución de los sistemas naturales.
Referencias
- Fišer, Pečnikar. Ž., Buzan, E. V. (2014). 20 years since the introduction of DNA barcoding: from theory to aplication. J Appl Genet, 55(1), 43-52.
- Kress, W. J., García-Robledo, C., Uriarte, M., Erickson, D. L. (2015). DNA barcodes for ecology, evolution, and conservation. Trends Ecol Evol, 30(1), 25-35.
- Hebert, P., Cywinska, A., Ball, S., DeWaard, J. (2003). Biological identifications through DNA barcodes. Proc R Soc Lond B Biol Sci, 270(1512), 313-321.
- Ebach, M. C. (2011). Taxonomy and the DNA barcoding enterprise. Zootaxa, 2542, 67–68.
- Herbert, P., Ratnasingham, S., DeWaard, J. (2003b). Barcoding Animal Life: Cytochrome c Oxidase Subunit 1 Divergences among Closely Related Species. Proc R Soc Lond B Biol Sci, 270, Suppl 1:S96-9.
- Herbert, P. D. N., Stoeckle, M. Y., Zemlak, T. S., Franscis, C. M. (2004a). Identification of Birds through DNA Barcodes. PLoS Biol, 2(10), e312.
- Borisenko, A. V., Lim, B. K., Ivanova, N. V., Hanner, R. H., Herbert, P. D. N. (2008). DNA Barcoding in Surveys of Small Mammal Communities: A Field Study in Suriname. Mol Ecol Resour, 8(3), 471-479.
- Tsukihara, T., Aoyama, H., Yamashita, E. (1996).The whole structure of the 13-subunit oxidized cytochrome c oxidase at 2.8 A. Science, 272(5265), 1136–44
- Heinrichs, J., Kreier, H-P., Feldberg, K., Schmidt, A. R., Zhu, R-L., Shaw, B., Shaw, A. J., Wissemann, V. (2011) Formalizing morphologically cryptic biological entities: new insights from DNA taxonomy, hybridization, and biogeography in the leafy liverwort Porella platyphylla (Jungermanniopsida, Porellales). Am J Bot, 98(8), 1252–1262.
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