El Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG), amb seu al Parc Científic de Barcelona, ha contribuït significativament a un estudi internacional duent a terme la seqüenciació completa del genoma de l’Octopus vulgaris, i el seu assemblatge i anotació. La recerca va néixer en el marc del projecte internacional EASI-Genomics, que busca proporcionar tecnologies de seqüenciació d’ADN a la comunitat científica del món acadèmic i de la indústria. Els resultats d’aquest treball, publicats a la revista G3: Gens, Genomes, Genetic, suposen un gran avenç en la neurociència comparada, la recerca de la cognició i la biologia del desenvolupament no sols a l’àmbit dels cefalòpodes, sinó també dels mamífers.

La paraula “cefalòpode” engloba totes aquelles espècies marines el cap de les quals està literalment unit a les seves extremitats, com els calamars, els polps, les sépies i els nautilos. En alguns casos, la seva grandària pot ser impressionant, arribant a fer més de 20 metres de llargària. Tot i això, el que realment fa únic a un cefalòpode és el seu sistema nerviós, el més gran entre els invertebrats en el cas dels cefalòpodes coleoïdeus, que comprenen unes 800 espècies. Són capaços de comportaments tan sofisticats com recollir informació del seu entorn per a adaptar el seu color o forma o fins i tot utilitzar eines segons els convingui. Precisament pel seu complex sistema nerviós, la seva avançada capacitat d’aprenentatge i les seves excepcionals habilitats de camuflatge era necessari fer un pas més i oferir a la comunitat científica l’assemblatge del genoma a escala cromosòmica del polp comú, Octopus vulgaris (Cuvier, 1797), no disponible fins ara.

Octopus vulgaris (Source: CNAG).

Aquest era el principal objectiu de la recerca internacional, promoguda per la Dra. Eve Seuntjens (KU Leuven, Bèlgica), el Dr. Oleg Simakov (Universitat de Viena, Àustria), el Dr. Graziano Fiorito i la Dra. Giovanna Ponte (Stazione Zoologica Anton Dohrn, Itàlia), amb col·laboració de la Unitat de Seqüenciació dirigida per la Dra. Marta Gut i l’Equip d’Assemblatge i Anotació del Genoma dirigit pel Dr. Tyler Alioto, del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG, Espanya).

L’estudi, que s’ha publicat a la prestigiosa revista G3: Gens, Genomes, Genetics, ha estat finançat pel projecte internacional EASI-Genomics, una iniciativa de col·laboració coordinada pel Dr. Ivo Gut (director del CNAG) l’objectiu del qual és proporcionar tecnologies de seqüenciació d’ADN a investigadors del món acadèmic i de la indústria. Una de les aportacions més importants de l’estudi ha estat l’oportunitat de descobrir més sobre el funcionament del cervell, a partir de l’estudi de la plasticitat neuronal dels cervells dels cefalòpodes.

Segons Ivo Gut, coordinador d’EASI-Genomics: “És molt gratificant veure que un projecte tan difícil com aquest aconsegueix un resultat tan impressionant. Una vegada més, s’han traspassat els límits del que és possible amb les tecnologies genòmiques pel que fa al tractament de genomes molt complicats. També posa en relleu la necessitat d’una estreta col·laboració entre els investigadors que intenten anar més enllà i les operacions amb tecnologia capdavantera de centres com el CNAG”.

23.000 gens, desxifrats a Espanya per les tecnologies genòmiques més capdavanteres

En el CNAG, la Unitat de Seqüenciació i l’Equip d’Assemblatge i Anotació del Genoma han contribuït significativament a l’estudi, realitzant la seqüenciació del genoma complet (Whole Genome Sequencing, WGS) utilitzant les tecnologies genòmiques més capdavanteres, com les d’Illumina, Oxford Nanopore Technologies i 10X Genomics, i aplicant contactes de cromatina per aconseguir un assemblatge del genoma a escala cromosòmica.

Segons l’investigador del CNAG, Dr.cTyler Alioto: “L’assemblatge dels 30 cromosomes del genoma del polp comú i els seus més de 23.000 gens va resultar més fàcil gràcies al fet que fem servir una combinació de noves tecnologies de seqüenciació d’ADN capaces de llegir fragments molt llargs d’ADN alhora i un mètode de seqüenciació complementari capaç d’agrupar les seqüències que ja han passat pel procés d’assemblatge, en cromosomes. Aquest genoma ha suposat un repte computacional sense precedents, a causa de la complexitat del genoma subjacent. Estem realment satisfets amb els resultats finals”.

Un nou mapa genètic disponible, model de referència també per als mamífers

El resultat de la recerca ha estat tot un èxit, amb una gran contribució als estudis genòmics anteriors, particularment de gran ajuda per a caracteritzar la diversitat cel·lular del cervell en desenvolupament, l’evolució dels cervells dels cefalòpodes i el repertori d’ARN no codificant propi dels cefalòpodes. L’assemblatge conté 2.800 milions de parells de bases, el 99,34% dels quals es troben en 30 cromosomes. L’anotació del polp comú comprèn 23.423 gens codificadors de proteïnes. Només com a referència, el genoma humà conté 20.000 gens, en 23 cromosomes.

A més de convertir-se en un important model emergent per a futurs estudis evolutius de cefalòpodes, el genoma a escala cromosòmica de l’Octopus vulgaris suposarà un gran avenç en la neurociència comparada, la recerca de la cognició i la biologia del desenvolupament. La comunitat científica disposarà d’una altra eina per a aprofundir en l’estudi del sistema nerviós, d’aprenentatge i de memòria, no sols en l’àmbit dels cefalòpodes, sinó també en el dels mamífers.

De fet, aquesta espècie és tan fascinant, sobretot en l’àmbit científic, que els estudis d’aquests animals compten amb una llarga tradició, especialment des que la plasticitat neuronal del cervell del polp -és a dir, la capacitat del cervell per a canviar i adaptar-se a mesura que s’aprèn i s’experimenten coses noves- aporta proves de l’existència d’estructures funcionalment anàlogues a les del cervell dels mamífers. Això els converteix també en un grup model comparatiu per a estudis neurofisiològics. D’altra banda, la seva capacitat per a regenerar parts del seu cos, així com els ràpids canvis dels seus patrons corporals, que són importants per al camuflatge i la comunicació, fan dels polps un tema de recerca popular per a estudiar com van sorgir -i com han canviat- aquests trets innovadors durant l’evolució.

» Article de referència: Dalila Destanovic et al., ‘A chromosome-level reference genome for the common octopus, Octopus vulgaris (Cuvier, 1797)’. October, 2023. DOI: https://doi.org/10.1093/g3journal/jkad220

» Més informació: web del CNAG [+]