La diversidad genética y evolución cariotípica de los mamíferos se refiere a la variedad de información genética que existe entre especies y qué cambios han ocurrido en los cromosomas durante la evolución de este grupo de animales.
Los avances en el estudio del ADN y los cromosomas durante la década de los 2000 permitieron grandes progresos en la comparación genética entre distintas especies. Aunque la secuenciación genética de los mamíferos ha avanzado rápidamente, todavía supone un reto ordenar y comparar regiones completas de los cromosomas entre diferentes animales.
La creación de mapas cromosómicos comparativos en animales domésticos y de laboratorio ayuda a comprender mejor el origen de ciertas enfermedades y características hereditarias. Estos estudios también ofrecen nuevas herramientas para analizar cómo han evolucionado los cromosomas de cada especie (el cariotipo) a lo largo del tiempo. El uso de técnicas como las sondas de ADN y de la hibridación fluorescente in situ (FISH) permite identificar similitudes entre cromosomas de distintas especies con gran precisión. Gracias a ello, hoy se cuenta con información cromosómica de casi todos los grupos de mamíferos.
Se ha descubierto que en muchos órdenes existen especies con tasas de evolución cromosómica consideradas «normales», y que el número de reorganizaciones cromosómicas que han quedado fijadas a lo largo de la historia evolutiva es relativamente bajo considerando los 180 millones de años de radiación evolutiva de los mamíferos.
Filogenética de los mamíferos thumb|450px|Árbol evolutivo y relaciones entre los órdenes de los mamíferos. La jerarquía filogenética es el consenso alcanzado tras varias décadas de estudios de genética molecular y paleontología, y comparaciones morfológicas. Los círculos dobles corresponden a los supertaxones; los números indican los tiempos de divergencia.
Los mamíferos (clase Mammalia) se dividen en monotremas, marsupiales y placentarios. La subclase de los monotremas es la Prototheria, y está comprendida por cinco especies de mamíferos ponedores de huevos: el ornitorrinco y cuatro especies de equidnas. Las infraclases Metatheria (marsupiales) y Eutheria (placentarios) forman la subclase Theria.
En los años 2000, la percepción que se tenía de las relaciones entre los mamíferos euterios ha experimentado cambios radicales. Gracias a las técnicas de filogenética molecular, junto con nuevos hallazgos fósiles e interpretaciones morfológicas, las más de 4600 especies existentes se han agrupado en cuatro grandes clados: Euarchontoglires (que incluye los primates, Dermoptera, Scandentia, Rodentia y Lagomorpha), Laurasiatheria (Cetartiodactyla, Perissodactyla, Carnivora, Chiroptera, Pholidota, y Eulipotyphla), Xenarthra y Afrotheria (que comprende Proboscidea, Sirenia, Hyracoidea, Afrosoricida, Tubulidentata, y Macroscelidea). Este árbol es muy útil en el campo de la citogenética comparativa.
Cariotipos: una visión global del genoma Cada gen se encuentran el mismo cromosoma en todas las células de un organismo. El ligamiento genético viene determinado por la asociación o cercanía física de dos o más loci presentes en el mismo cromosoma. Todo el conjunto cromosómico de una especie se conoce como cariotipo.
Una aparente consecuencia lógica de la evolución a partir de un antepasado común es que las especies más cercanas deberían tener más cromosomas en común. Sin embargo, las especies pueden tener cariotipos fenéticamente similares debido a la conservación genómica, incluso si las especies no están estrechamente emparentadas. Por lo tanto, la citogenética comparativa determina las relaciones filogenéticas basándose en la dirección de las diferencias cromosómicas — qué diferencias son antiguas y cuáles han evolucionado más recientement («rasgos derivados»).
Desarrollo histórico de la citogenética comparativa La citogenética comparativa de los mamíferos es una parte indispensable de la filogenómica — término utilizado para las reconstrucciones evolutivas basadas en el análisis de datos genómicos. En sus comienzos, la citogenética comparativa se caracterizaba por una óptica predominantemente descriptiva, pero en la era genómica ha evolucionado hacia un enfoque más metodológico. Fase clásica de la citogenética
thumb|a. Extensión metafásica de Muntiacus muntjak vaginales, 2n = 6, 7, la especie con el menor número de cromosomas. b. Extensión metafásica de Tympanoctomys barrerae (2n = 102), la especie con el mayor número de cromosomas. c. Extensión metafásica de Capreolus pygargus, con 2n = 70 y 1-14 cromosomas B adicionales. d. Extensión metafásica de Ellobius lutescens, 2n = 17, X0 en ambos sexos.
Los inicios de la citogenética se remontan a la segunda mitad sel siglo XX. En 1956, Tjio y Levan descubrieron que el número diploide de cromosomas en el ser humano es 2n = 46.
De esta etapa datan las descripciones del cariotipo de cientos de especies de mamíferos, con información sobre los números diploides, longitud relativa y morfología de los cromosomas, y presencia de los cromosomas B.
Bandeo cromosómico La segunda fase histórica estuvo marcada por la invención del bandeo cromosómico, una técnica que permite visualizar rasgos particulares de los cromosomas mediante una tinción selectiva. La Conferencia de París, en 1971 marcó un hito con el desarrollo de una nomenclatura estándar para reconocer y clasificar cada uno de los cromosomas humanos. El bandeo es importante en el campo de la citogenética comparativa porque las species estrechamente relacionadas tienden a exhibir patrones de bandeo muy parecido, a pesar de notables excepciones.
El bandeo de cromosomas es generalmente un buen indicador de homologías en los cromosomas: los cromosomas con las mismas bandas portan los mismos genes. Esta relación puede fallar, sin embargo, para especies filogenéticament muy distantes o que han experimentado una evolución cromosómica extremadamente rápida. Siendo un método de comparación morfológico, el bandeo no es siempre es un indicador fiel del contenido de ADN. Bandeo G y R Los métodos de bandeo más utilizados son el bandeo G o bandeo de Giemsa y el bandeo R o bandeo inverso. Estas dos técnicas producen bandas transversales oscuras y claras con un alto grado de costraste, que ayudan a identificar cromosomas homólogos, la disposición de sus segmentos y construir nomenclaturas cromosómicas para distintas especies. La obra Atlas of Mammalian Chromosomes, compila fotografías detalladas de los cariotipos bandeados de cientos de especies de mamíferos. Bandeo C y heterocromatina La cantidad y la ubicación de la heterocromatina es un factor determinante en la variedad cariotípica de los mamíferos: si la heterocromatina no se tuviera en cuenta, la longitud del genoma sería similar en todos los mamíferos. thumb|300px|Bandeo C de cromosomas mostrando ejemplos de la distribución de heterochromatina en diferentes especies de mamíferos. a) Sorex araneus (2n = 21), con la menor cantidad de bandas de heterocromatina de todos los mamíferos. b) Spermophilus erythrogenys (2n = 36), con cromosomas caracterizados por grandes bandas centroméricas. c) Vormela peregusna ( 2n = 38), con brazos heterocromáticos muy largos en algunos autosomas. d) Erinaceus amurensis (2n = 48) con bandas teloméricas muy largas en los autosomas. e) Allocricetulus eversmanni (2n = 26) cuyos cromosomas X e Y presentan bandas pericentroméricas. f) Microtus rossiaemeridionalis (2n = 54) con bandas prominentes en los cromosomas X e Y. El bandeo C se utiliza para detectar la heterocromatina. Esta técnica ha permitido demostrar que las diferencias en el número de brazos de los cromosomas pueden deberse simplemente a la existencia de brazos de heterocromatina. La heterocromatina consiste en diferentes tipos de ADN repetido, no siempre detectados por el bandeo C, que pueden variar considerablement incluso entre especies muy relacionadas. Las diferencias de la cantidad de heterocromatina entre las especies de roedores, puede llegar a alcanzar entre el 33% y 60% del ADN nuclear dependiendo del género.
La especie Tympanoctomys barrerae tiene la mayor cantidad de ADN de todos los mamíferos, con un valor C de 9.2 pg, debido principalmente a la gran cantidad de heterocromatina.
Métodos moleculares thumb|300px|Mapa comparativo de aves y mamíferos con cromosomas homólogos humanos. a. Reconstrucción de los cromosomas ancentrales de los mamíferos, representados con un color específico. Los colores marcan ragiones homólogas en los cromosomas de otras especies (5b–5i) b. Idiograma de Gallus gallus domesticus (2n = 78). Reconstrucción basada en el alineamiento con el genoma de H. sapiens. c. Idiograma de Monodelphis domestica (2n = 18). Reconstrucción basada en el alineamiento con el genoma de H. sapiens. d. Idiograma de Orycteropus afer (2n = 20). Reconstrucción por hibridación fluorescente in situ. e. Idiograma de Mustela vison (2n = 30). Reconstrucción por hibridación fluorescente in situ. f. Idiograma de Vulpes vulpes (2n = 34 + 0-8 B's). Reconstrucción por hibridación fluorescente in situ y mapeo cromosómico. g. Cariotipo reconstruido del genoma ancestral de los roedores, basado en la hibridación fluorescente in situ (Li et al., 2004). h. Idiograma de Mus musculus (2n = 40). Reconstrucción basada en la alineación de secuencias con genes humanos. i. Idiograma de Homo sapiens (2n = 46).
La tercera fase de la historia de la citogenética se inicia con la incorporación de las técnicas moleculares. Estas técnicas utilizan sondas de ADN — fragmentos de ADN marcado química o radioactivamente — para detectar sequencias complementarias en los cromosomas. Este método sirve para comparaciones incluso entre especies filogenéticamente distantes o especies en las que la estructura del genoma haya experimentado grandes cambios o reordenamientos. El campo denominado «cromosómica comparativa» abarca el estudio de la citogenética mediante técnicas moleculares, aunque inicialmente se refería a la investigación de los procesos dinámicos en la cromatina y los cambios morfológicos de la estructura cromosómica durante la interfase del ciclo celular.
La hibridación fluorescente in situ (FISH, o pintado de cromosomas), consistente en la identificación de regiones homólogas de ADB mediante sondas marcadas con un compuesto fluorescente en el espectro visible, fue la primera de estas técnica en tener un alto impacto. Este método permite una diferenciación rápida de cualquier tipo de especies y la identificación de las regiones homólogas que han experimentado translocación durante la evolución cromosómica. Cuando se comparan muchas especies pertenecientes a diferentes órdenes de mamíferos, este análisis puede proporcionar información sobre las tendencias y las tasas de evolución cromosómica.
Sin embargo, se trata de un método cualitativo y la resolución está limitada por el tamaño de las sondas utilizadas, por lo cual esta técnica no es capaz de detectar todas las minúsculas regiones homólogas tras múltiples reordenamientos. El método tampoco logra detectar todas las inversiones internas en segmentos de mayor longitud. La resolución aumenta si se utilizan sondas provenientes de diferentes especies para comparaciones entre ellas.
La microdisección de cromosomas y regiones cromosómicas es una manera útil de obtener sondas para el pintado de cromosomas. Estas sondas pueden marcarse con diferentes moléculas fluorescentes; esta técnica se denomina bandeo multicolor (MCB) y resulta muy efectiva para comparar el genoma de especies cercanas, por ejemplo, el genoma humano y los de primates antropoides. El Cariotipo Espectral (SKY) y la MFISH –consistente en el etiquetado y la hibridación simultánea de un conjunto completo de cromosomas— son otras técnicas con similares ventajas e inconvenientes, y poca aplicación fuera de los estudios clínicos.