Rescate evolutivo

Rescate Evolutivo.

Andrés Sierra López

Pablo Núñez Baz

Introducción.

Las tasas de pérdida de biodiversidad son mayores que en cualquier otro momento de la historia humana. La mitigación de esta pérdida requiere una teoría de extinción que integre las respuestas ecológicas y evolutivas de las poblaciones al rápido cambio ambiental. La teoría actual sugiere que la evolución puede no tener ningún efecto, mejorar o incluso obstaculizar la persistencia a largo plazo frente al cambio ambiental. Utilizamos la evolución experimental para probar el marco predictivo existente y revelar las condiciones bajo las cuales la evolución puede rescatar poblaciones en declive debido al rápido cambio ambiental. Una población expuesta a cambios ambientales rápidos y sostenidos disminuirá geométricamente si sufre una mala adaptación y se extinguirá rápidamente. Sin embargo, antes de que esto suceda, los tipos resistentes que están presentes en la población o que aparecen por mutación pueden proliferar y restablecer el crecimiento de la población. La cuestión clave es si el ajuste del crecimiento de la población debido a la evolución es suficiente para contrarrestar la tasa de disminución debido al estrés ambiental. En muchos casos, la adaptación puede ser parcial y la evolución solo disminuirá el declive hasta la extinción. La extinción bajo el cambio ambiental es por lo tanto una carrera entre la demografía y la evolución adaptativa. Presentamos aquí una prueba que utiliza levadura como sistema modelo, métodos en evolución experimental y un sistema robótico de manejo de líquidos para alcanzar los altos niveles de replicación poblacional requeridos para estimar la probabilidad de extinción en función del tamaño de la población en condiciones estresantes y ambientes benignos.

Métodos

Cepas de levadura, tolerancia a la sal y recuperación de la población.

Cultivamos la cepa haploide de tipo salvaje de la levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae, Meyen). La reproducción fue asexual durante estos experimentos porque solo había un único tipo de apareamiento en las poblaciones. La sal causa estrés osmótico e iónico que reduce el crecimiento; concentraciones superiores a 10 gL inhiben la velocidad de crecimiento y el rendimiento y una concentración de 150 gL o más fue letal para nuestra cepa estándar de tipo salvaje . Elegimos 125 gL NaCl como un ambiente altamente estresante en el que la población sobrevive por un tiempo pero no puede ser

propagado indefinidamente por transferencia en serie con tasas modestas de dilución.

Experimento 1: Rescate poblacional luego del cambio ambiental

Probamos si una gran población podría recuperarse de un estrés salino abrupto cultivando cuatro poblaciones replicadas con un tamaño de población inicial de 6x10-5 en 125 gL NaCl. La densidad celular se midió ocho veces durante 5 días mediante densidad óptica usando un espectrofotómetro(600nm) para rastrear el tamaño de la población.

Experimento 2: tamaño de la población y probabilidad de adaptación

Para establecer el potencial adaptativo de poblaciones de diferentes tamaños iniciales,elaboramos una serie de diluciones en un medio con alto contenido de sal para abarcar un amplio rango de densidades en placas. El primer nivel comprendía poblaciones muy grandes, cada una de las cuales incluiría una fracción sustancial de todas las posibles mutaciones de un solo nucleótido. El décimo y último nivel comprendía poblaciones muy pequeñas de solo unas pocas células. Esta serie de diluciones se elaboró en dos ambientes: medio de crecimiento normal y medio con alto contenido de sal.

Los 60 pocillos centrales de una placa de 96 pocillos se inocularon cada uno con 10 microL de un cultivo de levadura en proteosa dextrosa durante 24 horas suplementada con aminoácidos. Esto luego se usó para construir una serie de diluciones en, reduciendo el número de células inoculadas en cada paso por un factor de un cuarto. El número de células transferidas a cada nivel de dilución se calibró estimando la densidad celular del cultivo de 24 horas.Tres ensayos independientes arrojaron estimaciones de 5.9x107, 5.99x107 y 5.53x107 células mL, por lo que la densidad inicial se consideró de 6x 107 células mL.

Las placas se usaron luego para inocular un conjunto paralelo de placas suministradas con el mismo medio suplementado con NaCl a una concentración de 125 gL.

Cada placa se incubó a 28ºC durante 6 días y luego se usó para inocular una segunda placa con el mismo medio que se cultivó durante otros 6 días. La densidad celular se midió por densidad óptica usando un espectrofotómetro ( 600 nm). Las placas se manipularon y marcaron con un sistema de manejo de líquidos Biomek FX servido por un robot SAMI. La probabilidad de ER a un nivel de dilución dado se estimó entonces como la frecuencia de crecimiento entre los 60 pocillos re-inoculados al final del experimento. El experimento completo se repitió para confirmar nuestro resultado.

Experimento 3: La base genética de la adaptación.

Realizamos este experimento para investigar la base

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