GENOMA DOWNSIZING

From Quantamagazine

WHAT MATTERS IS GENOME DOWNSIZING

Five decades ago we witnessed the installation of a giant binary computer in Trujillo-Perú. The equipment consisted of 12 black metal boxes of 3 m high and 0.6 m wide occupying -interconnected- an area of ​​100 square meters. Why was this giant computer imported into Peru? To quickly process entrance exams for thousands of applicants to the National University of Trujillo. The chips of that time were bulky transistors. Today, that technological paraphernalia has been replaced by small computers installed in areas of 10 square meters, equipped with hundreds of chips. How did this revolution occur? Reducing and reconverting the voluminous transistors to tiny chips. A reduction in the size of the machines in exchange for better efficiency does not seem to be exclusive to the machines. The same thing seems to have happened in the brains of living beings (including humans), to whom evolutionarily it also suits smaller genomes, to be also more efficient and healthy. This is suggested by T. Ryan Gregory (University of Guelph, Canada), who studies the effects of genome size and brain complexity. To small genomes → small neurons, more neurons → more neuronal connections. According to T Ryan Gregory himself, the downsizing  of red blood cells would have increased brain complexity. However, not only the brain, but also the flowering plants (angiosperms), expressed in its abrupt origin and rapid diversification during the early Cretaceous, allowing them to compete successfully against conifers and gymnosperms. In fact, angiosperms exhibit smaller leaves with numerous stomata and more venous networks that allow them to transport the sap better, have a more efficient photosynthesis, better transpiration and greater growth. Currently, angiosperms are the dominant plants in most terrestrial ecosystems. Having smaller genomes and cells coupled with the ability to capture more CO2, suggests that genome downsizing  is a prerequisite for rapid growths in plants. Conversely, a large genome, volume and large cell size are restrictions on the number of cells capable of occupying a given space. The leaves of angiosperms with many stomata and high venous density maintain high rates of gas exchange. The total sequencing of Arabidopsis thaliana (angiosperm) has contributed much to this understanding. According to Kevin A. Simonin (San Francisco State University) and Adam B. Roddy (Yale University), A. thaliana has one of the smallest genomes (157 million base pairs). Although there are angiosperms with very large genomes, these are the only ones that have been able to reduce the size of their genomes. Simonin and Roddy,   argue in PLOS Biology, that while the first terrestrial plants evolved over 500 billion years to reach their current development, flowering plants established their predominance in just the last 100 million years (beginning in the Cretaceous), emphasizing that it is genome downsizing what counts: less DNA to generate smaller cells. In the case of human beings,  allowing the brain,  to have more neurons and more connections, conditioning more sophisticated brains.

LO QUE IMPORTA ES EL TAMAÑO DEL GENOMA

Hace 5 décadas   presenciamos la instalación de una computadora binaria gigante en Trujillo-Perú. El equipo constaba de 12 cajas metálicas negras de 3 m de alto y 0,6 m de ancho ocupando interconectadas, un área de 100 metros cuadrados.  ¿Para qué se importó esta computadora gigante al Perú? Para procesar rápidamente los exámenes de ingreso de miles de   postulantes a la Universidad Nacional de Trujillo. Los chips de ese entonces eran transistores, voluminosos. Hoy en día, esa parafernalia tecnológica ha sido reemplazada por pequeñas computadoras instaladas en áreas de 10 metros cuadrados, dotadas de cientos de chips.   ¿Como se produjo esta revolución? Reduciendo y reconvirtiendo los voluminosos transistores a minúsculos chips.  Una reducción del tamaño de las   maquinas a cambio de mejor eficiencia, no parece ser exclusividad de las maquinas. Lo mismo parece haber sucedido en el cerebro de los seres vivos (incluyendo humanos), a quienes evolutivamente también les conviene genomas más pequeños, para ser también más eficientes y saludables. Así, lo sugiere T. Ryan Gregory (University of Guelph, Canadá), quien estudia los efectos del tamaño del genoma y la complejidad cerebral. A pequeños genomas → pequeñas neuronas, a más neuronas → más conexiones neuronales. Según el mismo T Ryan Gregory, el empequeñecimiento de los glóbulos rojos habría incrementado la complejidad cerebral. Empero, no solo el cerebro, también las plantas con flores (angiospermas), expresada en su abrupto origen y rápida diversificación durante el Cretáceo temprano, permitiéndoles competir con éxito frente a coníferas y   gimnospermas. De hecho, las angiospermas exhiben hojas más pequeñas con numerosas estomas y más redes venosas que les permiten trasportar la savia de mejor manera, tener una fotosíntesis más eficaz, mejor traspiración y mayor crecimiento. En la actualidad, las angiospermas son las plantas dominantes en la mayoría de ecosistemas terrestres. Tener genomas y células más pequeñas aunado a la facilidad para captar mayor cantidad de CO2, sugiere   que la reducción del tamaño del genoma es un prerrequisito para crecimientos rápidos en las plantas. Contrariamente, un gran tamaño del genoma, del volumen del núcleo y del tamaño celular, son   restricciones al número de células capaces de ocupar un espacio determinado. Las hojas de las angiospermas con muchísimos estomas y alta densidad venosa mantienen altas tasas de intercambio gaseoso. Ha contribuido mucho a este entendimiento la secuenciación total de Arabidopsis thaliana (angiosperma).  Según   Kevin A. Simonin (San Francisco State University) y Adam B. Roddy (Yale University), A. thaliana tiene uno de los genomas más pequeños (157 millones de pares de bases). Aunque existen angiospermas con genomas muy grandes, estas son las únicas que han sido capaces de reducir el tamaño de sus genomas.   Ambos autores sostienen en PLOS Biology, que mientras las primeras plantas terrestres evolucionaron durante 500 billones de años para alcanzar su desarrollo actual, las plantas con flores establecieron su predominancia en  apenas los últimos 100  millones de años  (empezando en el Cretáceo), enfatizando que es el tamaño y el empequeñecimiento del genoma lo que cuenta. En el caso de los humanos, menos DNA para generar células más pequeñas, permitiendo que el cerebro cuente con más neuronas y conexiones, condicionando cerebros más sofisticados.