Nuevos avances científicos en la genética del factor rojo

Los pájaros parecen sentirse atraídos por el color rojo. Muchas especies canoras, por ejemplo, usan el rojo como señal visual para atraer a sus potenciales parejas y/o advertir a sus rivales antes de llegar a la confrontación física. Incluso la propia intensidad de rojo en sí misma se puede distinguir en las aves donde casi siempre el más rojo es el mejor y parece existir una correlación entre la intensidad y la capacidad de un ave para atraer a sus parejas o ahuyentar rivales. En canarios, en particular, el rojo del fondo del pico suele ser indicativo de salud. Por otro lado, en mandarines, el rojo del pico suele ser indicativo de vigorosidad sexual. Ocurre que esto que todos conocemos y aceptamos, de que el rojo es una señal fehaciente de calidad genética o de salud de un pájaro individual (1), no se conoce con certeza qué mecanismos moleculares tiene detrás. Siguen existiendo lagunas por ejemplo en el mecanismo molecular que emplean las aves para crear estos pigmentos rojos. Recientemente, dos equipos independientes de investigadores han identificado el gen en las aves que codifica una enzima que convierte el pigmento amarillo consumido en la dieta en rojo, el cuál será utilizado para colorear sus plumas, el pico o su piel. Estos estudios profundizan en los conocimientos de cómo los pájaros crean los pigmentos rojos. Ambos trabajos se han realizado con especies independientes, el primero de ellos con el canario y el segundo con el diamante mandarín y han llegado a la misma conclusión, señalando al mismo gen responsable. El primer trabajo (2), se ha realizado en una colaboración internacional liderada por el grupo de Biología Evolutiva de la Universidad de Oporto (Portugal) y ha comparado los genomas de canarios amarillos y de factor rojo. Los canarios con factor rojo, como ya es conocido, proceden por hibridación de canarios (Serinus canaria) de factor amarillo (fenotipo silvestre) con el cardenalito de Venezuela (Spinus cucullata) (3). En este primer estudio, se compara la información genética de ambas variedades (con y sin factor) para encontrar las diferencias e identificar los genes responsables de la coloración roja. Haciendo esto, se identificaron dos regiones en el ADN de los canarios de factor rojo, una en el cromosoma 8 y otra en el cromosoma 25, que son características en los canarios de factor rojo. Usando varios métodos, analizaron cuales de todos los genes de esas regiones del ADN se expresaban en el hígado o en la piel. Sus hallazgos señalaban directamente a un gen en particular, que codifica para un citocromo P450 en el cromosoma 8, el gen CYP2J19. Cuando los científicos analizaron los patrones de expresión de este gen en la piel y en el hígado de canarios amarillos y de factor rojo encontraron que este gen se sobreexpresa hasta 1.000 veces en ambos tejidos únicamente en los canarios de factor rojo, sugiriendo que este gen es el responsable de los pigmentos rojos. Según declara Miguel Carneiro, de la Universidad de Oporto (Portugal), “hemos descubierto el gen que codifica la enzima capaz de convertir el pigmento amarillo en rojo en las aves”. Y es que “para producir las plumas rojas, los pájaros transforman el pigmento amarillo (carotenoides) que ingieren en pigmentos rojos y los depositan en las plumas”. Gracias a este trabajo empezamos a conocer también el papel de la segunda zona identificada (cromosoma 25). Según los resultados obtenidos entre cruces de canarios amarillos con canarios de factor rojo, individuos heterocigotos en la región diferencial del cromosoma 8 pero homocigotos de genotipo ancestral o amarillo en el cromosoma 25 son fenotípicamente amarillos. Los individuos heterocigotos en ambas zonas presentaron un fenotipo amarillo/anaranjado. Luego puede concluirse que esta segunda zona diferencial tiene también un papel relevante en la coloración de las plumas. Pero la confirmación de la implicación del gen CYP2J19 vino también por los trabajos desarrollados por el segundo grupo de investigación con los diamantes mandarines (Taeniopygia guttata) de pico amarillo y rojo (4). En este segundo estudio, desarrollado en colaboración entre las Universidades de Cambridge y Sheffield en Reino Unido y la de Gotemburgo en Suecia, se examinan y comparan los genes entre los mandarines de pico rojo y los de pico amarillo. Los investigadores encontraron las diferencias en el cromosoma 8, donde se encuentra un grupo de genes para los citocromos P450 (entre ellos los genes CYP2J19A, CYP2J19B y CYP2J40). Esas diferencias reunían la deleción de algún alelo y mutaciones que dañaban esta zona en los diamantes mandarines de pico amarillo y que permanecían intactas en los ejemplares de pico rojo. Uno de estos genes CYP2J40, se expresa extensamente en varios tejidos del animal y no presentaba diferencias entre los pájaros de fenotipo pico amarillo y pico rojo. Sin embargo el gen CYP2J19 se sobreexpresaba fuertemente en los pájaros de fenotipo silvestre (pico rojo) en los tejidos que tenían pigmentos rojos, mientras que apenas se detectaban en los pájaros de pico amarillo. Esto les permitió concluir que el gen CYP2J19 es el responsable de la pigmentación roja de picos y patas en el mandarín. Estos resultados aportan conocimiento pero a la vez generan nuevas preguntas y retos. Tanto canarios de factor rojo (derivados del cardenalito) como diamantes mandarines parecen converger y emplear las mismas soluciones genéticas para producir los pigmentos rojos en la piel, plumas, picos, etc. Lo que parece ser común entre numerosas especies, sean o no de plumajes rojos, demuestra que existen otra serie de mecanismos que controlan el funcionamiento de este gen y de la proteína que expresa. Además, en la discusión se incluye su sentido o función biológica. Si muchas aves tienen este gen, e incluso lo tienen aquellas que no tienen el plumaje rojo, será porque tendrá funciones adicionales a la simple coloración del plumaje y picos. Paralelamente, están apareciendo otros estudios que intentan explicar esta cuestión, como los desarrollados en la Universidad de Washington, que demuestran que pájaros diurnos usan estos pigmentos rojos generados por este gen en la retina para mejorar la visión. La retina es una capa de tejido en el ojo que tiene los fotorreceptores. Un tipo de ellos, los bastones, se encargan de la visión en condiciones de baja luminosidad, mientras que otro tipo de ellos, los conos, son los responsables de la visión a color. Este tejido es muy diferente al tejido que tenemos los mamíferos, lo que les permite a las aves ver diferencias inapreciables para nosotros (5). Rápidamente pensaremos que si este gen está en muchos pájaros, todos tendrían plumas rojas y es que, como estos estudios revelan, sólo las aves con las plumas rojas expresan este gen en la piel. ¿Qué pasa en los ejemplares rojo mosaico? ¿Sólo algunas zonas de la piel, conocidas como zonas de elección, los expresan? ¿Y cómo se comporta la mutación Urucum? Además de la retina y la piel, se conoce que los citocromos P450 son un tipo de enzimas que se encargan de otras funciones, algunas de ellas de detoxificación en el hígado. Se han estudiado ampliamente en humanos porque se encargan de limpiar los agentes tóxicos y medicamentos en este órgano. Según los autores de estos estudios, en la selección sexual, el color rojo es visto como una señal de calidad y vigor del individuo y esta pigmentación pudiera estar relacionada con otros procesos fisiológicos como la detoxificación, de tal manera que los ejemplares más rojos estarían mostrando además su fortaleza y salud en el metabolismo. Como decíamos antes, todos tenemos claro que las nidadas de canarios con el fondo del pico rojo son evidencias de la salud de los pollos y que los ejemplares machos de diamante mandarín con el pico muy rojo están preparados para la reproducción En cualquier caso, una vez que se ha identificado este gen, se pueden seguir estudiando todos estos fenómenos y explicar cómo unas plumas brillantes de color rojo son una señal fehaciente de la calidad genética y de salud de la mayoría de las aves. Tendremos que seguir esperando para conocer más datos sobre este tema.

Referencias

1. Sarah R. Pryke, Staffan Andersson, Michael J. Lawes and Steven E. Piper (2002). Carotenoid status signaling in captive and wild red-collared widowbirds: independent effects of badge size and color, Behavioral Ecology 13(5): 622-631 | doi:10.1093/ beheco/13.5.622

2. Ricardo J. Lopes, James D. Johnson, Matthew B. Toomey, Mafalda S. Ferreira, Pedro M. Araujo, José Melo-Ferreira, Leif Andersson, Geoffrey E. Hill, Joseph C. Corbo, and Miguel Carneiro (2016). Genetic Basis for Red Coloration in Birds, Current Biology, 26, published online ahead of print on 19 May 2016 | doi:10.1016/j. cub.2016.03.076.

3. Birkhead, T. (2003). A Brand-New Bird: How Two Amateur Scientists Created the First Genetically Engineered Animal (Basic Books, ISBN: 978-0465006656).

4. Nicholas I. Mundy, Jessica Stapley, Clair Bennison, Rachel Tucker, Hanlu Twyman, Kang-Wook Kim, Terry Burke, Tim R. Birkhead, Staffan Andersson, and Jon Slate (2016). Red Ketocarotenoid Pigmentation in the Zebra Finch Is Controlled by a Cytochrome P450 Gene Cluster, Current Biology, 26, published online ahead of print on 19 May 2016 | doi:10.1016/j. cub.2016.04.047.

5. Francisco Manuel Reyes Sosa (2010). Come ci vedono gli. Alcedo n°51 - Maggio/ Giugno