Secuenciación y ensamblaje del genoma

Secuenciamos los genomas de un camello bactriano hembra (con una cobertura de 79,3 veces), de un dromedario macho (con una cobertura de 65,0 veces) y de una alpaca hembra (con una cobertura de 72,5 veces) utilizando la plataforma Illumina HiSeq2000. El tamaño actual del genoma del camello bactriano (2,45 Gb) es comparable al de un informe anterior (2,38 Gb) basado en el análisis de K-mer3. Los tamaños del genoma ensamblado para los tres individuos fueron de 2,01, 2,01 y 2,05 Gb, respectivamente (Tablas suplementarias 1-10 y Figuras suplementarias 2 y 3). El presente tamaño del genoma ensamblado del camello bactriano es idéntico al tamaño previamente reportado3. Las longitudes contig N50 y scaffold N50 (Tabla 1) fueron de 24,9 kb y 8,7 Mb para el camello bactriano, 54,1 kb y 4,1 Mb para el dromedario, y 66,3 kb y 5,1 Mb para la alpaca, respectivamente. En comparación con el genoma del camello bactriano salvaje3, los genomas actuales de estos tres camélidos tienen longitudes N50 de contig más cortas pero longitudes N50 de scaffold más grandes. El mapeo de las bibliotecas con un tamaño de inserción de 2 kb en el andamio indicó que cada una de las secuencias del genoma era de alta calidad (Fig. 4 suplementaria y Métodos suplementarios), y el transcriptoma del camello bactriano también demostró un ensamblaje del genoma de alta calidad para el camello bactriano presente y salvaje3 (Tablas 11 y 12 suplementarias). Los genomas de los camélidos compartían una alta sintonía con los genomas de referencia humano y bovino (tasa de cobertura >83%) y una tasa relativamente baja de reordenamiento genómico dentro de los Camelidae (Tablas Suplementarias 13 y 14, y Métodos Suplementarios). La sintonía entre los genomas del camello bactriano y del ganado vacuno observada en el presente estudio es mayor que la comunicada anteriormente3. Nuestro estudio apoya la noción de que la evolución divergente en Camelidae se produjo a través de mutaciones de un solo gen o reordenamientos cromosómicos menores5. Estimamos la duplicación segmentaria de estos tres individuos: la longitud total de la duplicación segmentaria tanto en el camello bactriano como en el dromedario fue de 26 Mb, menor que la de la alpaca (36 Mb) (Tabla Suplementaria 15). La duplicación segmentaria entre estos tres organismos es menor que la reportada en el ganado vacuno (94,4 Mb)6.

Anotación del genoma

Usando una combinación de búsquedas de secuencias homólogas y predicciones de genes ab initio, anotamos 20.251, 20.714 y 20.864 genes en los genomas del camello bactriano, del dromedario y de la alpaca, respectivamente (Fig. 5 suplementaria, y Tablas 16 y 17 suplementarias). Utilizamos el método CEGMA7, que incluye 458 genes eucariotas básicos, para evaluar la integridad de los genomas y la anotación. La gran mayoría de estos genes centrales se alinearon con los genomas de los camélidos (99,12% para el camello bactriano, 98,47% para el dromedario y 99,12% para la alpaca), y la mayoría estaban presentes en nuestros conjuntos de genes predichos (97,82% para el camello bactriano, 96,73% para el dromedario y 93,87% para la alpaca), lo que apoya la integridad de los genomas ensamblados y la identificación de los conjuntos de genes (Tablas Suplementarias 18-20). Los análisis comparativos de los tres conjuntos de genes de camélidos revelaron una elevada similitud de secuencias genéticas (>90%), pero diferentes distribuciones de no sinónimos/sinónimos (Ka/Ks) (Figs. 6 y 7 suplementarias). Los análisis funcionales de los conjuntos de genes indicaron que >91% de los genes fueron anotados funcionalmente en cada genoma (Tablas Suplementarias 21-23).

El contenido de secuencias repetidas de los genomas de camélidos (30,4% en el camello bactriano, 32.El contenido de secuencias repetidas en los genomas de los camélidos (30,4% en el camello bactriano, 32,1% en la alpaca y 28,4% en el dromedario) fue un 10% inferior al del ganado vacuno (42,5%) y al de los seres humanos (46,1%), debido al reducido número de elementos nucleotídicos cortos intercalados en los genomas de los camélidos (Tablas suplementarias 24-27). El contenido de secuencias repetidas del genoma del camello bactriano era similar al comunicado anteriormente3. La anotación de los genes de ARN no codificante reveló un número de copias similar para cada genoma (camello bactriano=1.942; dromedario=2.209; alpaca=2.328; Tablas suplementarias 28-30). Identificamos 12.539 familias genéticas homólogas que son compartidas por 4 especies del orden Cetartiodactyla (camello bactriano, dromedario, alpaca y vacuno): 156, 153 y 296 familias genéticas eran específicas del camello bactriano, el dromedario y la alpaca, respectivamente (Fig. 1).

Análisis evolutivo y filogenia

Se construyó un árbol filogenético que incluye a los camélidos (camello bactriano, dromedario y alpaca) y a otras siete especies (vacuno, caballo, perro, panda, humano, ratón y zarigüeya). El árbol se generó con PhyML8 a partir de los sitios de codones cuádruples degenerados extraídos de 7.398 genes ortólogos de una sola copia identificados por TreeFam9 (Tabla suplementaria 31, y Figs. suplementarias 8 y 9). El tiempo de divergencia estimado entre los camélidos y el ganado es de 42,7 millones de años (Mya) (Fig. 2 y Fig. Suplementaria 10). Este resultado es coherente con el momento (45,9 Mya) en el que las pruebas paleontológicas indican que la familia Camelidae apareció por primera vez en América del Norte10 , pero contrasta con una estimación anterior del momento de divergencia de los linajes de bovinos y camellos bactrianos basada en 332 ortólogos (55-60 Mya)3. El tiempo de divergencia estimado de los ancestros de la alpaca y los dos camellos (16,3 Mya) es coherente con los hallazgos paleontológicos, que indican que la división entre Camelini y Lamini se produjo en América del Norte ~17 Mya (ref. 10). El tiempo de divergencia entre el camello bactriano y el dromedario es de ~4,4 Mya, lo que implica que probablemente divergieron después de que su ancestro común migrara de Norteamérica a Eurasia a través del istmo de Bering durante el Mioceno tardío (7,246-4,9 Mya)10,11. Analizamos las relaciones de sustitución Ka/Ks específicas de cada rama (ω) para estos diez mamíferos utilizando el método de Kosiol et al.12: el camello bactriano y el dromedario tenían valores ω de rama más altos (Fig. 11 suplementaria, Tabla 32 suplementaria y Métodos suplementarios). Esta evolución acelerada en los camellos plantea la posibilidad de una evolución específica de los camellos para adaptarse a un entorno desértico.

Las tasas de heterocigotos y la historia demográfica

SNPs se identificaron utilizando SOAPsnp13. Las tasas de heterocigotos estimadas de los genomas del camello bactriano, el dromedario y la alpaca fueron de 1,16 × 10-3, 0,74 × 10-3 y 2,66 × 10-3, respectivamente (Tablas suplementarias 33-35). La tasa de heterocigotos del camello bactriano estimada aquí es comparable a la comunicada anteriormente (1,0 × 10-3 y 1,29 × 10-3)3,4. La historia demográfica de estos camélidos se construyó sobre la base de los datos de SNP aplicando el modelo de coalescencia secuencial de pares (PSMC)14 (Fig. 3). Los resultados de nuestro análisis indicaron que el ancestro del camello bactriano tenía tamaños de población estables tras dos descensos que se produjeron 3,69 y 2,61 Mya. Para el ancestro del dromedario se calcularon dos descensos en el tamaño de la población que se produjeron en 1,72 y 0,77 Mya. Estos descensos estimados en el tamaño de la población de los ancestros de ambas especies coinciden con las transiciones entre épocas geológicas, como la zancleana y la piacenziana (3,60 Mya), la piacenziana y la gelásica (2,59 Mya), la gelásica y la calabresa (1,81 Mya) y la calabresa y la jónica (0,78 Mya)15 , lo que sugiere una probable correlación. Además, la expansión de la población ancestral del dromedario se produjo entre 1,25 y 0,77 Mya, coincidiendo con la transición del Pleistoceno medio de 1,25 a 0,70 Mya, un periodo de cambios fundamentales en la ciclicidad climática de la Tierra16 que tuvo un profundo efecto en la distribución y evolución de la biota17. Este intervalo de tiempo también coincide con la Era de los Mamíferos Galeriana (1,2 a 0,60 Mya), que se caracterizó por una renovación de la fauna que, en algunos casos, dio lugar a nuevas especies adaptadas a climas áridos y fríos18; sin embargo, lo más importante es que este intervalo de tiempo también coincide con la máxima diversidad de la familia Camelidae, que se produjo a principios del Galeriano19. Esta correlación apoya la adaptación del ancestro del dromedario a los cambios ambientales y una expansión de su población durante la transición del Pleistoceno medio. La disminución más reciente de la población del ancestro del camello bactriano se produjo hace unos 60.000 años (Kya), lo que corresponde a la dispersión de los humanos modernos fuera de África hacia Eurasia20, hogar del camello bactriano. Por lo tanto, las actividades humanas pueden haber afectado a la población ancestral reciente del camello bactriano.

El tamaño efectivo de la población del ancestro de la alpaca disminuyó gradualmente entre ~5.37 Mya, que está más cerca del límite temporal de la etapa Messiniense y Zancleana (5,33 Mya)15, y 2,09 Mya, que está en la edad Uquiana (3 a 1,2 Mya), durante la cual el ancestro de la alpaca migró a Sudamérica a través del puente terrestre de Panamá en el Gran Intercambio Biótico Americano21. Esto sugiere que la migración puede haber contribuido a la reducción del tamaño de la población del ancestro de la alpaca. A continuación, el tamaño de su población se expandió durante el Pleistoceno, seguido de tres periodos de grandes cuellos de botella antes de 501, 139 y 44 Kya. La población experimentó una gran expansión ~72 Kya, alcanzando un tamaño de ~113 × 104 individuos. El cuello de botella más reciente (44 Kya) corresponde al Último Máximo Glacial (48-25 Kya), que se adelantó en Sudamérica22, y dio lugar a una drástica reducción del tamaño de la población a ~1,2 × 104 individuos. Esto implica que las condiciones de frío en América del Sur en ese momento pueden haber dado lugar a la constricción del tamaño de la población del ancestro de la alpaca hacia el final del Pleistoceno.

Evolución genética

A continuación investigamos los genes de los camélidos que subyacen a la adaptación al medio ambiente. Adoptamos el CAFÉ23 para identificar las familias de genes que han sufrido una expansión y contracción significativa durante la evolución (Fig. 2 y Métodos Suplementarios) e identificamos 373 familias de genes expandidas y 853 contraídas en el genoma del dromedario, 183 familias de genes expandidas y 753 contraídas en el genoma del camello bactriano y 501 familias de genes expandidas y 2.189 contraídas en el genoma de la alpaca. Muchas de las familias de genes expandidas en estos tres camélidos están significativamente enriquecidas en las categorías de Ontología Genética (GO) relacionadas con procesos celulares, partes de la célula, actividad de receptores olfativos, hierro e inmunidad (Figs. Suplementarias 13-15 y Tablas Suplementarias 36-38). Identificamos 287 genes seleccionados positivamente (PSGs) en el camello bactriano (Datos Suplementarios 1), 324 PSGs en el dromedario (Datos Suplementarios 2) y 151 PSGs que eran comunes a ambos genomas, indicando presiones selectivas similares. Una evaluación de los cambios únicos de residuos de aminoácidos en genes ortólogos presentes en 23 especies identificó 350 y 343 genes alterados en el camello bactriano y el dromedario, respectivamente. Varias categorías sobrerrepresentadas de genes con cambios únicos de residuos de aminoácidos en los camellos estaban relacionadas con la actividad catalítica, la unión de pequeñas moléculas y la unión de ATP (Figs. 16 y 17 suplementarias y Tablas 39 y 40 suplementarias). Basándose en un análisis de bloques sintéticos, se identificaron 190 genes ganados en el camello bactriano y 126 en el dromedario. Estos genes ganados están significativamente enriquecidos en las categorías relacionadas con el olfato y la inmunidad (Tablas Suplementarias 41 y 42, y Métodos Suplementarios).

Metabolismo energético y de las grasas

Como la energía es importante para los camellos que viven en desiertos con escasez de alimentos, se analizó la selección de genes implicados en procesos relacionados con la energía. Las características de adaptación de todo el genoma se identificaron mediante categorías GO con evolución acelerada específica de cada linaje (Datos suplementarios 3-14). A diferencia del ganado, las categorías GO comunes de rápida evolución de los tres camélidos incluían la respuesta celular al estímulo de la insulina (GO:0032869, P<0,001) y la vía de señalización del receptor de insulina (GO:0008286, P<0,001) (Datos suplementarios 4, 8 y 14). Además, identificamos una serie de categorías asociadas al metabolismo de la energía, la glucosa y las grasas que evolucionaron más rápidamente en estos camélidos que en el ganado. Algunas de las categorías GO relacionadas con la energía que se identificaron como de evolución más rápida en el camello bactriano que en el bovino son consistentes con las reportadas previamente3. Además, 13 genes implicados en la función mitocondrial, la β-oxidación y la síntesis y el transporte de colesterol tenían cambios de residuos de aminoácidos que eran exclusivos del camello bactriano y del dromedario. Varios genes (ACC2, DGKZ y GDPD4) implicados en el metabolismo de las grasas sufrieron una expansión en el genoma del camello bactriano, mientras que las familias de genes expandidas del dromedario se enriquecieron en la categoría de la mitocondria (GO:0005739, P=2,30 × 10-5) (Tabla Suplementaria 37).

El diferente número de jorobas en estos tres camélidos puede reflejar sus distintas capacidades de metabolismo de las grasas. Las categorías funcionales asociadas con el ATP (GO:0006200, GO:0016887, GO:0042626, P<0,01), las mitocondrias (GO:0005739, GO:0005759, P<0,01), el transporte de lípidos (GO:0006869, PBactrian camel=5.33 × 10-5, Pdromedary=0,00016) y la respuesta al estímulo de la insulina (GO:0032868, camello PBactriano=0,0005, Pdromedary=1,33 × 10-5) evolucionaron rápidamente en ambas especies de camellos en comparación con la alpaca (Tabla Suplementaria 43). Las categorías asociadas al metabolismo de los lípidos evolucionaron más rápidamente en el camello bactriano que en el dromedario, por ejemplo, el proceso catabólico de los lípidos (GO:0016042, P=0,0015) y la diferenciación de las células grasas (GO:0045444, P=2,54 × 10-9) (Tabla Suplementaria 44). Estos genes pueden mejorar la capacidad de almacenamiento y producción de energía de un camello en el desierto y también pueden reflejar una diferencia en el metabolismo de la grasa y, a su vez, estar relacionados con el número de jorobas.

Respuesta al estrés

Para investigar las adaptaciones a los entornos áridos y cálidos, analizamos además los genes implicados en las respuestas al estrés. En comparación con el ganado, las categorías asociadas con el daño y la reparación del ADN (GO:0006974, GO:0003684, GO:0006302, P<0,01), la apoptosis (GO:0006917, GO:0043066, P<0,01), la estabilización de proteínas (GO:0050821, PBactrian camel=0.00021, Pdromedary=3,44 × 10-19) y las respuestas inmunitarias (GO:0006955, GO:0051607, P<0,01) mostraron una evolución acelerada en ambas especies de camellos (Datos suplementarios 8 y 14). En comparación con la alpaca, se identificaron categorías funcionales significativas para la coestimulación de células T (GO:0031295, camello PBactriano=8,67 × 10-32, Pdromedario=9,33 × 10-9), procesos de oxidación-reducción (GO:0055114, camello PBactriano=4.88 × 10-15, Pdromedary=5,22 × 10-21) y actividad oxidorreductora (GO:0016491, camello de PBactria=2,27 × 10-10, Pdromedary=7,23 × 10-7), todos los cuales mostraron una evolución acelerada en ambos camellos (Datos suplementarios 6 y 12). Tres genes (ERP44, NFE2L2 y MGST2) se correlacionaron con las respuestas al estrés oxidativo y presentaron cambios únicos de residuos de aminoácidos en ambos genomas de camellos. Las familias genéticas ampliadas del dromedario estaban enriquecidas en la actividad de la citocromo c oxidasa (GO:0004129, P=5,80 × 10-10) y en la actividad de la monooxigenasa (GO:0004497, P=1,32 × 10-5) (Tabla suplementaria 37). Estos resultados proporcionan pruebas de la selección en los camellos para adaptarse a las duras condiciones áridas del entorno desértico.

Adaptación del sistema respiratorio

Otro reto del entorno desértico es el polvo en suspensión, que puede provocar enfermedades respiratorias como el asma. Trece PSGs en ambos camellos, incluyendo FOXP3, CX3CR1, CYSLTR2 y SEMA4A, estaban relacionados con enfermedades respiratorias en humanos. También encontramos que la categoría GO de desarrollo pulmonar (GO:0030324, PBcamello bactriano=3,26 × 10-5, Pdromedario=1,18 × 10-19) (Datos suplementarios 6 y 12) evolucionó rápidamente en el camello dromedario y bactriano en comparación con la alpaca. La selección de estos genes proporciona una prueba más de la adaptación de los camellos para soportar los retos del entorno desértico.

Adaptación del sistema visual

La radiación solar es otro aspecto del entorno desértico. La exposición a largo plazo a la radiación ultravioleta puede provocar una serie de afecciones oftálmicas. Examinamos los genes que podrían acostumbrar a los ojos de los camellos a la extrema irradiación solar del desierto e identificamos una selección positiva en los genes OPN1SW, CX3CR1 y CNTFR, relacionados con la fotorrecepción y la protección visual, en ambos camellos. Los resultados también indicaron que la percepción visual (GO:0007601, PBactrian camel=0,0018, Pdromedary=2,49 × 10-14) evolucionó rápidamente en ambos camellos en comparación con la alpaca (Datos suplementarios 6 y 12). Estos resultados sugieren una base genética para la capacidad de los camellos de soportar una exposición prolongada a la luz ultravioleta sin dañar el sistema visual.

Mabolismo de la sal

A continuación, nos centramos en el metabolismo de la sal de los camellos considerando el efecto principal de la sal en el balance hídrico. En contraste con un informe anterior sobre la tolerancia a la sal3, nuestros resultados indicaron que la categoría de transporte de iones de sodio (GO:0006814, PBactrian camel=0,0014, Pdromedary=0,00012) evolucionó más rápidamente en ambos camellos que en el ganado (Datos suplementarios 8 y 14). La categoría asociada al complejo de canales de potasio activados por voltaje (GO:0008076, PBactrian camel=8,77 × 10-8, Pdromedary=2,68 × 10-10) evolucionó rápidamente en ambos camellos en comparación con la alpaca (Datos suplementarios 6 y 12). En particular, el genoma del camello bactriano contiene dos copias de los genes NR3C2 e IRS1, que desempeñan papeles críticos en la reabsorción de sodio y el equilibrio de agua en el riñón24,25,26, mientras que otros mamíferos sólo poseen una copia de cada gen. Esta diferencia sugiere que los camellos pueden metabolizar y transportar la sal de forma más eficiente que la alpaca y el ganado, y que estas vías son importantes para la reabsorción de agua.

Genes expresados diferencialmente y análisis de enriquecimiento

Para obtener un mayor conocimiento de las características de la adaptación al desierto árido, secuenciamos los transcriptomas corticales y medulares renales de un grupo de camellos bactrianos después de 24 días de condiciones de restricción de agua (WR) y los de un grupo de control (CG) (Tabla Suplementaria 45, y Datos Suplementarios 15 y 16). Seleccionamos los genes significativamente regulados al alza o a la baja en estos tejidos (Figs. 18-21 y Métodos Suplementarios) y luego analizamos las categorías GO enriquecidas de estos genes (Figs. 22-25, Datos Suplementarios 17-20 y Métodos Suplementarios). Se detectó una sobrerrepresentación de las categorías asociadas a la unión de iones metálicos (GO:0046872, P=1,53 × 10-23) y a la regulación de los niveles de fluidos corporales (GO:0050878, P=1,37 × 10-6) en el conjunto de genes corticales renales regulados al alza (Datos suplementarios 17). Las categorías GO asociadas al proceso metabólico de la glucosa (GO:0006006, P=4,11 × 10-6), la gluconeogénesis (GO:0006094, P=0,0026), la mitocondria (GO:0005739, P=2,13 × 10-5), la generación de metabolitos precursores y energía (GO:0006091, P=0,0077), la respuesta a los niveles de nutrientes (GO:0031667, P=0,0064) y la respuesta al estrés (GO:0006950, P=0.0094) se enriquecieron en el conjunto de genes medulares renales regulados al alza (Datos suplementarios 19).

Reabsorción de sodio

Los genes que codifican la Na+/K+-ATPasa y el canal epitelial de Na+ (ENaC), que reabsorben sodio en el riñón, fueron regulados al alza en la corteza y la médula renal en condiciones de WR (Tablas suplementarias 46 y 47). La transcripción flexible de las subunidades de ENaC en diferentes tejidos y bajo diferentes condiciones sugiere que el camello regula la actividad reabsorbente de Na+ de ENaC para hacer frente a los diferentes requerimientos fisiológicos de agua. Estos hallazgos indican que la regulación de la reabsorción de sodio puede ser esencial para la supervivencia de los camellos en un entorno de escasez de agua.

Reserva de agua

El camello es conocido por su adaptación a la restricción prolongada de agua. Por ello, investigamos el mecanismo de la reserva de agua analizando la transcripción de los genes de la familia de las acuaporinas, que son canales selectivos de agua con importantes funciones en la reabsorción y el metabolismo del agua. AQP1, AQP2 y AQP3 fueron los tres genes que más se expresaron en la corteza y la médula renal en condiciones de WR (Tablas Suplementarias 48 y 49, y Fig. Suplementaria 26). Estos genes pueden permitir a los camellos reabsorber agua de forma más eficiente en un entorno de escasez de agua. Sin embargo, no detectamos ARNm de AQP4 en el riñón del camello bactriano, lo que concuerda con su falta de expresión en el roedor del desierto Dipodomys merriami merriami27 pero contrasta con su abundante expresión en el riñón humano28. Curiosamente, se observó un cambio único de residuo de aminoácido (R261C) en AQP4 en el genoma del camello bactriano (Fig. 27 suplementaria). Estos hallazgos pueden sugerir una estrategia única para la reabsorción y el metabolismo del agua en el riñón de camello.

Osmorregulación

Como la hipertonicidad es la base del equilibrio y la reabsorción de agua en el riñón, se analizó la expresión de los genes que participan en la osmorregulación en la médula renal. El factor nuclear de las células T activadas 5 (NFAT5), el único factor de transcripción conocido regulado por la tonicidad en los mamíferos29 , se expresó en un 3,66% del nivel de control en condiciones de WR (Tabla suplementaria 50). En consecuencia, el cotransportador de sodio/mio-inositol (SMIT), el transportador de taurina dependiente de sodio y cloro (TauT) y el transportador de betaína dependiente de sodio y cloro (BGT1) mostraron una expresión reducida en condiciones WR. Estos tres transportadores transactivados por NFAT5 transportan osmolitos orgánicos compatibles a las células medulares renales (RMC) en respuesta a la hipertonicidad30 (Fig. 4). La regulación a la baja de NFAT5 y de sus genes diana durante el estrés hipertónico no se ha observado en otros mamíferos29,31, incluyendo animales del desierto como el ratón saltarín Spinifex (Notomys alexis)32. Nuestros hallazgos indican que los camellos pueden depender de otras estrategias osmorreguladoras para protegerse contra el estrés hipertónico durante la restricción de agua a largo plazo.

Osmolitos orgánicos

La acumulación de osmolitos orgánicos ayuda a las RMC a equilibrar la presión osmótica entre los entornos intracelular y extracelular30. La regulación a la baja de TauT, BGT1 y SMIT implica que el transporte de taurina, betaína y mio-inositol en las células está disminuido. Notablemente, observamos la regulación al alza transcripcional de la aldosa reductasa (AR) y la regulación a la baja de la sorbitol deshidrogenasa (SDH) en la vía del sorbitol; también observamos la regulación al alza transcripcional de la esterasa diana de la neuropatía (NTE) y la transcripción estable de la proteína 5 que contiene el dominio de la glicerofosfodiesterasa (GDPD5) en la vía de la glicerofosfolina (GPC) (Fig. 4 y Tabla Suplementaria 50). Los patrones de expresión de estos genes sugieren que en el camello, el sorbitol y la GPC pueden acumularse bajo condiciones WR y que los osmolitos pueden ser producidos principalmente por los propios RMC. El sorbitol puede servir como fuente de energía33 y ayudar a equilibrar la osmolalidad de un alto NaCl extracelular34; el coste energético de la acumulación de GPC en respuesta a un alto NaCl o urea en la médula renal30 puede ser menor que el de transportar betaína a las células contra un alto gradiente de concentración30. Por lo tanto, estas variaciones en la expresión de los genes relacionados con los osmolitos indican que se utilizan principalmente dos osmolitos en lugar de cinco en respuesta a la hipertonicidad como parte de un modelo de bajo consumo de energía para la supervivencia de los camellos en el desierto con escasez de alimentos.

De manera importante, observamos que los niveles de expresión de GLUT1 (transportador de glucosa 1) y los genes involucrados en la glucólisis estaban profundamente aumentados en la médula renal bajo condiciones de WR (Tabla Suplementaria 51). Junto con un informe anterior de que el nivel de expresión de GLUT1 es inducido por el estrés osmótico y metabólico35, nuestros resultados sugieren que el aumento de la ingesta de glucosa no sólo asegura una concentración de glucosa suficiente para la síntesis de sorbitol, sino que también suministra la energía necesaria para que la Na/K-ATPasa regulada al alza mantenga el gradiente de iones interno para la hipertonicidad adaptada (Fig. 4). En conjunto, nuestras observaciones sugieren que la alta glucosa en sangre característica (6-8 mmol l-1)36,37 de los camellos puede ser una estrategia evolutiva adaptativa para la osmorregulación y la reabsorción de agua de los RMC durante la antidiuresis.

Osmoprotección

Dado el potencial de daño hiperosmótico a las células30, analizamos la expresión de los genes relacionados con la protección celular y encontramos que los niveles de expresión de 25 genes que codifican antioxidantes y enzimas relacionadas (Tabla Suplementaria 52) eran mayores en la médula renal bajo condiciones de WR. Los genes que codifican factores de transcripción antioxidantes, incluyendo Nrf2, el factor de choque térmico-1, el complejo de la proteína activadora-1, p53, el factor nuclear-κB y el transductor de señales y activador de la transcripción 4 también mostraron una expresión elevada en la médula renal WR. Además, identificamos 14 genes de choque térmico, que contribuyen a la eliminación de las proteínas mal plegadas en condiciones de hiperosmolalidad30 , que estaban regulados al alza en la médula renal del WR (Tabla Suplementaria 52). El gen clusterina, una chaperona citoprotectora, se incrementó drásticamente en ~8,9 veces y tuvo el mayor nivel de transcripción en la médula renal WR (lecturas por kilobase por millón de lecturas mapeadas=27.069). Estudios anteriores han demostrado que la clusterina es inducida por la glucosa38 y está asociada a diversos estados patológicos, como la diabetes39 y la lesión renal40. La identificación de la clusterina como un PSG en el dromedario sugiere que este gen puede desempeñar un papel importante en la citoprotección de la médula renal del camello durante la restricción de agua y que el alto nivel de glucosa en sangre en los camellos puede cumplir una función durante la osmoprotección. En general, la regulación al alza de los genes osmoprotectores indica que los camellos tienen una sofisticada capacidad osmoprotectora en condiciones de WR.