Seminario Peces y Mamiferos

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Bases genéticas de la determinación sexual
MAMIFEROS
Hace un poco más de cien años se observó que las hembras y los machos de algunos insectos tenían diferente número de cromosomas. Las hembras tenían 24, los cuales durante la meiosis se apareaban en 12 pares, y los machos tenían 23, los cuales se apareaban en 11 pares, quedando un cromosoma solitario. A este cromosoma solitario se le llamó cromosoma accesorio o cromosoma X. En 1901 se propuso que este cromosoma X era el que determinaba el sexo; por primera vez se proponían bases genéticas a la determinación sexual. 
En los mamíferos la determinación primaria del sexo es estrictamente cromosomal, y en la mayoría de los casos un individuo con dos cromosomas sexuales XX será hembra, mientras que con un cromosoma sexual X y otro Y (XY) será macho. En 1947, el doctor Jost había castrado a embriones de conejo que se encontraban todavía en el útero de la madre, dejando que su desarrollo procediera hasta el nacimiento. Observó que todos nacían con características sexuales de hembra sin importar si sus cromosomas eran XY o XX, por lo que propuso que la determinación sexual del individuo está controlada por la diferenciación y presencia del testículo. Sin embargo, en 1959 se estableció que, en mamíferos, el cromosoma Y era el inductor dominante de las características masculinas (o fenotipo masculino), yaque en su presencia, sin importar el número de cromosomas X, el desarrollo era de macho. Dado que el cromosoma Y es el inductor dominante del fenotipo masculino, se concluyó que en él debía existir un “factor determinante del testículo”.
	En 1959 se estableció que, en mamíferos, el cromosoma Y era el inductor dominante de las características masculinas ya que en su presencia, sin importar el número de cromosomas X, el desarrollo era de macho
Así se inició una larga búsqueda de este factor, que concluyó en 1991 con la identificación del gen Sry, el único dentro del cromosoma Y que se necesita para la determinación del testículo. Esto se demostró al introducir un fragmento de ADN que contenía exclusivamente al gen Sry en embriones de ratón XX, ocasionando que los individuos se desarrollaran como machos (Koopman y colaboradores, 1991).
Morfofisiología sexual cromosómica y gonadal
El desarrollo sexual de un mamífero normal ocurre en tres pasos, donde cada paso depende de la correcta culminación del paso anterior: determinación del sexo cromosómico, desarrollo del sexo gonadal y fenotípico.
La determinación del sexo cromosómico ocurre durante la fertilización de los gametos, para la formación del cigoto. Tanto el cigoto con cromosomas XX y XY se desarrollan de forma similar, es decir, son indiferenciados desde el punto de vista sexual, hasta el inicio de la determinación del sexo gonadal. El sexo gonadal, es el proceso donde se estimula a la gónada indiferenciada a que se convierta en testículo u ovario, con ayuda de las hormonas sexuales. Asimismo, se sabe que la gónada indiferenciada está programada para convertirse en ovario. Sin embargo, este proceso puede desviarse en el camino gracias a controles genético-moleculares, debido a la exposición temprana a señales de inducción testicular.4
Existen tres genes primordiales que están implicados en la determinación testicular en mamíferos: el gen Sry (región determinante del sexo en el cromosoma Y), gen Sox9 y el gen supresor del tumor Wilms (WT-1). El primero, codifica el factor determinante-testicular (antes llamado TDF) y es el único gen ligado al cromosoma Y que es necesario y suficiente para iniciar el desarrollo del testículo.5
El Sox9, es un gen autosómico recesivo (necesita dos alelos para expresarse) implicado en la determinación testicular en varios animales vertebrados. No obstante, existe otro gen “Dax-1” ligado al heterocromosoma X. Cuando hay una duplicación de la región del gen en dicho cromosoma, el testículo no se desarrolla en individuos con cariotipo XY, a pesar de la presencia de un gen SRY normal, por lo tanto, este gen actúa como supresor del desarrollo testicular. A pesar de ello, el mecanismo genético por el cual Dax-1 interfiere en la determinación testicular, está bajo investigación en la actualidad.6
El gen WT-1 consiste en 10 exones que contienen la secuencia de codificación de una proteína con actividad reguladora de la transcripción y supresora de la proliferación tumoral e interviene en la organogénesis del riñón y del testículo. Mutaciones en este gen, se asocian con cuadros patológicos graves en el riñón (esclerosis glomerular), junto con gónadas disgenéticas (que en el macho XY dará genitales ambiguos o inversión de sexo) y riesgo de gonadoblastoma, también llamado “Síndrome de Frasier”.4 NEOPLASIA
De acorde al mismo orden de ideas, el desarrollo del sexo fenotípico es el paso final en el desarrollo sexual prenatal del animal y de nuevo, la vía femenina es el camino "por defecto" en el que el fenotipo indiferenciado se convertirá en hembra en ausencia de señales masculinas.
Por tal motivo, la diferenciación de conductos internos, órganos sexuales accesorios y genitales externos, ocurre en respuesta a la presencia o ausencia de dos hormonas testiculares importantes, la testosterona y la Sustancia Inhibidora Mülleriana (MIS) u hormona Anti-Mülleriana (AMh).1
Los conductos Müllerianos desarrollan para formar las trompas uterinas, útero, cérvix, y en los dos tercios superiores de la vagina; EN EL MACHO, desaparece. se atrofian en respuesta a la acción de MIS por las células de Sertoli (TESTOSTERONA). A su vez, la testosterona es la responsable de la masculinización de los conductos de Wolff. Igual, con la actividad de la 5-alfa-reductasa en los genitales externos, la testosterona se transforma en dihidrotestosterona (DHT) y masculiniza las estructuras reproductivas del animal. La testosterona y DHT ejercen efectos sinérgicos directos a través, del receptor de andrógeno, y MIS a través del receptor del MIS (MIS-R).
Conducto de Wolff: Estructura embrionaria en la que se transforma el mesonefros, se deriva el uréter, la pelvis, los cálices.
MACHOS: Su extremo craneal se une con el testículo en desarrollo y contribuye a formar el conducto epididimario, el deferente, las vesículas seminales y el conducto eyaculador.
HEMBRAS: desaparece en su mayor parte y solo persisten algunos residuos embrionarios.
PECES
Los peces no disponen de un modelo único de reproducción. En los peces hay diferentes sistemas de diferenciación sexual, hay los tipos de gametos XY, WZ En el caso de cromosomas XY, la unión de dos cromosomas X (XX) dará como resultado una hembra y la unión XY dará como resultado un macho, esta condición se presenta en el 13% de las especies de peces (dando el macho). En el caso de los gametos Z y W la unión ZZ dará como resultado una hembra y ZW un macho en estos grupos biológicos es imposible el cambio de sexo una vez se haga la fecundación, esta condición se da en el 5% de las especies de peces (las hembras son quienes definen el sexo de la nueva cría, ya que son ellas quienes producen dos tipos diferentes de gametos Z y w. determinación sexual por sistema que depende del ambiente (temperatura, convivencia). Para diferentes especies de peces la herencia es tan solo parte de muchos factores que le permiten expresar y diferenciar el sexo de las nuevas crías o alevines. Ya que su genoma interactúa con el ambiente, de tal manera que la respuesta no es univoca, es decir que no hay una sola respuesta para un juego de cromosomas, sino que hay varias. El tipo de respuesta, depende de la interacción genes-ambiente. A ese tipo de determinación sexual se le conoce como determinación sexual ambiental, la más conocida es la térmica. Es decir, la determinación sexual ambiental dependiente de la temperatura. Por ejemplo, los peces de arrecife, las damiselas (subfamilia Pomacentridae) son hermafroditas; cambian su sexo con la edad, primero son hembras y a lo largo de su desarrollo se transforman en machos. Se da en el 8% de las especies de peces. También existen especies de peces que primeroson machos y luego hembras. En esos casos el cambio de sexo no tiene que ver con la temperatura, ya que es dependiente de las interacciones sociales, como la dominancia o características ligadas a poseer el fenotipo más arande con respecto al pequeño. Esta condición se conoce como hermafroditismo y se da en el 47% de las especies de peces. El 27% restante de las especies de peces tienen una condición sexual indeterminada. 
Se entiende por determinación sexual los procesos morfo fisiológicos que desarrollan el primordio gonadal toti-potente en los peces y que plantea uno de los problemas más interesantes de los vertebrados, pues no basta la dotación genómica para lograr la definición fenotípica, lo cual se evidencia en que el sexo cromosómico no siempre corresponde con el sexo fenotípico. Se considera el modelo de determinación sexual genotípica (DGS), como un sistema ancestral monofilético determinado por cromosomas sexuales, sinapomórficos poligénicos asociados a genes autosómicos y determinación sexual ambiental (DES), a periodos sensibles de modificación sexual por factores sociales, lumínicos, de pH o de temperatura. De esta manera, las gónadas embrionarias partiendo de un rudimento común, conformado por células somáticas de la cresta gonadal y células primordiales gonadales, pueden desarrollarse en dos órganos adultos distintos, ovarios o testículos, afectando la estructura demográfica de la población.
La diferenciación sexual es un proceso muy flexible, en donde se involucran numerosos eventos fisiológicos que culminan con la morfogénesis de un ovario o de un testículo, a partir de una gónada indiferenciada. Esta se inicia con una capa delgada de tejido conjuntivo, en el blastodisco sobre el vitelo y que durante la gastrulación forma las crestas germinales, a las cuales llegarán las células germinales (PGC), procedentes del plasma polar, en los surcos de segmentación. Cresta genital Engrosamiento del mesodermo que a diferencia de como ocurre en tetrápodos, según Devlin y Nahagama (2002) en peces participa muy poco el mesonefro, sin desarrollar ni conductos de Müller ni de Wolff; en su lugar, los primordios gonadales, presentan crecimiento somático que formará una cavidad sin diferenciación sexual, siendo compatibles estos desarrollos con un ovario temprano y será la presencia de estradiol, que junto al mayor número de células germinales que lleguen a la cresta genital, las que determinarán si se consolida como un ovario o si por la actividad de la hormona antimulleriana (AMH/ MIS), la inhibición de la aromatasa y la producción de andrógenos, la cresta se transformará en un testículo Según Piferrer (2009) consideró que morfológicamente el sistema reproductor relacionado con el riñón, en los ciclóstomos el conducto de Wolff conduce orina y la gónada se abre hacia el celoma, permitiendo la salida de gametos por el poro urogenital conectado al conducto de Wolff.
La enzima citocromo P450 aromatasa, también conocida simplemente como aromatasa, es una enzima esteroidogénica que se encuentra implicada en la diferenciación sexual de los vertebrados, ya que cataliza la conversión de andrógenos a estrógenos Sin embargo, en teleósteos se han reportado dos isoformas, cyp19a1a y cyp19a1b, cuya presencia se debe a un evento de duplicación cromosómica excepto en especies del orden Elopomorpha, las cuales parecen haber perdido la isoforma cyp19a1b durante su evolución. Ambas enzimas tienen afinidad por sustratos androgénicos, principalmente testosterona, aunque difieren poco en su secuencia y expresión. Así, una de las principales diferencias entre ambas isoformas es que el gen cyp19a1a se expresa generalmente en las gónadas, principalmente en el ovario. mientras que cyp19a1b se expresa de forma predominante en el cerebro. La presencia de cyp19a1b indica que la aromatasa también se encuentra involucrada en mecanismos de neuroplasticidad y neurogénesis en teleósteos.
Aunque los peces hembra tardan más en desarrollarse, crecen un 35% más que los machos, por lo que resultan más rentables El equipo de Piferrer cree que la respuesta está en el gen cyp19, que codifica para el citocromo p450 aromatasa, una enzima responsable de la producción de estrógenos a partir de andrógenos, los dos tipos principales de esteroides sexuales, ambos necesarios para la diferenciación gonadal. Por eso han clonado genes implicados en la síntesis, el transporte, la recepción y el efecto biológico de estos esteroides.
Cuando se expresa la aromatasa se produce la síntesis de estrógenos, las hormonas femeninas. Sin embargo, el aumento de temperatura bloquea la expresión del gen cyp19 y, por lo tanto, no se produce esta síntesis.
La consecuencia es que las crías que tenían que ser hembras -las que tienen la información genética para a ser hembras- no lo llegan a ser. Por eso aumenta la proporción de machos. «Las gónadas sexualmente indiferenciadas son únicas entre todos los órganos de los vertebrados», añade Piferrer, «ya que tienen dos opciones para su desarrollo durante el proceso de diferenciación sexual: devenir ovarios o testículos». 
La tecnología actual ha sido capaz de conseguir estos grupos seleccionados a base de cruces deliberados o con técnicas genéticas consistentes en la manipulación de juegos enteros de cromosomas en el momento de la fertilización. Con estas técnicas se consigue producir grupos de ejemplares que son exclusivamente hembras o ejemplares poliploides (con tres o más dotaciones de cromosomas), que crecen normalmente pero que son estériles. Estas técnicas ya han sido puestas a punto para la lubina y el rodaballo.
En muchos casos poner a punto la técnica no siempre es tan fácil porque requiere saber qué cromosomas hay que controlar. En los mamíferos, la determinación sexual es de un único tipo -cromosómica- y con un único modelo -depende de un par de cromosomas sexuales, X e Y. En los peces, sin embargo, se conocen hasta ocho modelos cromosómicos y, existen, además, peces cuya determinación sexual no depende de unos cromosomas, sino que es del tipo poligénico (depende de muchos genes distribuidos por todo el ADN).
Mugilidae
Debido a que los caracteres morfológicos externo son muy conservativos entre las especies de este grupo, la familia ha sido objeto de numerosas revisiones sistemáticas tanto a nivel de género como de especie y, en algunos casos, las sutiles diferencias interespecíficas de los caracteres merísticos y morfométricos han contribuido con el aumento de numerosos problemas taxonómicos y de nomenclatura en el grupo. Por ejemplo, Mugil curema y M. gaimardianus, habían sido consideradas como dos especies diferentes estrechamente emparentadas, diferenciables solo por el color del iris del ojo en especímenes vivos, la longitud de la aleta pectoral y el número de series oblicuas de escamas a lo largo de la línea lateral. Sin embargo, el color del iris se pierde en especímenes preservados y las aletas muchas veces se deterioran durante la captura por lo que se recurre principalmente al número de series oblicuas de escamas como criterio para diferenciar especies. No obstante, la amplitud del intervalo del número de escamas característico para estas dos ¨especies¨, lo convierte en una variable de poca fortaleza como único carácter diagnóstico, debido a que los valores se solapan en ambas entidades taxonómicas, de tal manera que Menezes indica que M. curema posee de 36 a 40 series laterales de escamas y M. gaimardianus de 35 a 38, mientras que Cervigón señala entre 37 y 40 para M. curema y entre 35 y 39 para M. gaimardianus. Por otro lado, la descripción original de M. gaimardianus creó diversos problemas taxonómicos en el pasado debido a la descripción ambigua de la especie y la aparente pérdida del espécimen tipo. Por esa razón, el International Committee on Zoological Nomenclature invalidó el nombre Mugil gaimardianus y procedió a declararlo nomina dubia y consecuentemente como una sinonimia de M. curema. Sin embargo, el estudio citogenético demostró que existían notables diferencias en el número y tipode cromosomas entre ejemplares que concordaban con la descripción de M. curema y aquellos que podrían clasificarse como M. gaimardianus, sobre la base del color rojo del iris del ojo. De hecho, M. curema posee un cariotipo 2n = 24 compuesto por 22 cromosomas metacéntricos y 2 submetacéntricos mientras las supuestas M. gaimardianus poseen un cariotipo 2n = 48 constituido por cromosomas enteramente acrocéntricos.Esta evidencia necesariamente condujo a revisar la situación sistemática de estas dos entidades taxonómicas, revelando que en realidad se trataba de dos especies diferentes, M. curema y M. rubrioculus (antes denominada gaimardianus) demostrándose el poder de la citogenética como herramienta para distinguir entre especies de Mugilidae.
Gymnotidae
En un estudio en el que fueron examinados los cariotipos de cinco poblaciones morfológicamente indistinguibles del pez cuchillo eléctrico de la Amazonia oriental de Brasil, identificados inequívocamente como Gymnotus carapo sensu stricto sobre la base de la pigmentación, caracteres merísticos y morfología externa, se encontró que los especímenes de una de las cinco localidades exhibieron un cariotipo 2n = 40 (34M/SM + 6ST/A) no documentado previamente para especies del género Gymnotus en la cuenca del Amazonas, mientras que especímenes procedentes de otras cuatro localidades exhibieron u n c ariotipo 2 n = 42 (30M/SM + 12ST/A), que ya había sido descrito. La diferencia entre los dos cariotipos en el número diploide y morfología de los cromosomas fue explicada como consecuencia de eventos de fusión-fi sión y también por inversiones pericéntricas. La presencia de secuencias teloméricas intersticiales detectadas mediante el ensayo FISH en un par de cromosomas metacéntricos en la población con cariotipo 2n = 40 sugirió que esa población se ha diferenciado como una especie diferente respecto a las que poseen cariotipo 2n = 42.
Haemulidae
El género Haemulon perteneciente a los Haemulinae se encuentra representado en Venezuela por 14 especies reconocidas, de las cuales, hasta ahora han sido cariotipadas solo siete, encontrándose, en todos los casos, un complemento 2n = 48A, muy difícil de diferenciar entre especies cuando solo se considera el cariotipo convencional teñido con Giemsa 
Characidae
La caracterización citogenética de seis especies de Astyanax ( A. altiparanae, A. argyrimarginatus, A. elachylepis, A. xavante, y dos especies provisionalmente llamadas Astyanax sp. y A. aff. bimaculatus, mediante tinción convencional con Giemsa, AgNORs, bandeo-C, fluorocromo base-específicos, y mapeo de los genes ribosomales 18S y 5S mostró un número diploide 2n = 50 para cinco especies y 2n = 52 en Astyanax sp., identificando pequeñas variaciones macroestructurales (Tenório et al. 2013) en los cariotipos que fueron atribuidas principalmente a cambios en la cantidad y distribución de heterocromatina constitutiva entre las especies de Astyanax con 2n = 50. Asimismo, en Astyanax sp. con 2n = 52, además de la variación en la distribución de la heterocromatina constitutiva, parece haberse producido un evento de fisión céntrica en un par cromosómico seguido de reorganizaciones posteriores menores, con lo que se evidencia la notable diversidad cariotípica que caracteriza a este grupo e indica, según Tenório la necesidad de una revisión taxonómica para incluir A. aff. bimaculatus y Astyanax sp. como nuevas especies con la posible inclusión de Astyanax sp. en otro género.
Parodontidae
Así como en los casos anteriores las características cromosómicas permitieron establecer claramente diferencias a nivel específico, estudios citogenéticos en Parodon nasus y P. tortuosus (Parodontidae: Characiformes) mostraron que el número diploide observado en ambas especies fue 2n = 54 (48M/SM y 6ST) sin diferencias entre los sexos y que, a pesar de ligeras diferencias en el patrón de distribución de la heterocromatina, la ubicación de las regiones organizadoras nucleolares (NORs) y de los genes rRNA 5S fueron similares, apoyando la opinión que sostiene que P. tortuosus es una sinonímia de P. nasus.