Científicos identifican a Pangu como el gen que determina el desarrollo masculino en la carpa común

Un gen diminuto controla una decisión clave del desarrollo

Un gen que codifica un péptido de apenas 76 aminoácidos puede determinar si las carpas comunes desarrollan testículos u ovarios, según una investigación publicada en Science Advances. Denominado pangu, se encuentra en un segmento de ADN de 1.487 pares de bases del cromosoma Y. Al inactivarlo, las carpas genéticamente macho desarrollaron ovarios; al introducirlo en carpas genéticamente hembra, estas desarrollaron testículos.

El hallazgo establece el primer gen maestro de determinación sexual validado experimentalmente en Cyprinidae, una familia numerosa y ampliamente distribuida de peces de agua dulce. Las pruebas más sólidas proceden de experimentos con carpas comunes del río Amarillo, además de otras pruebas funcionales en carpas rojas y koi. El estudio no demuestra que todas las especies de la familia utilicen el mismo gen.

El profesor Hu Wei, de la Universidad Oceánica de Shanghái, dirigió la colaboración con el Instituto de Hidrobiología de la Academia China de Ciencias y otras instituciones. El trabajo fue resultado de más de una década de investigación. Los investigadores bautizaron el gen en honor a Pangu, el creador primordial de la mitología china que separó el cielo de la tierra, en alusión a su función de iniciar el desarrollo masculino.

El estudio de Science Advances, titulado Un gen de hélice-bucle-hélice dirige el destino masculino en la carpa común, aparece en el volumen 12, número 41. Los metadatos de la revista indican como fecha de publicación el 9 de octubre de 2026, mientras que los anuncios señalan que se publicó el 10 de octubre, hora de Pekín. Las fechas son compatibles con la diferencia horaria.

Por qué fue difícil encontrar el interruptor

Las carpas comunes tienen un sistema de determinación genética del sexo XX/XY: por lo general, las hembras tienen dos cromosomas X y los machos, uno X y otro Y. Sin embargo, conocer esa organización no permitía identificar el gen que dirige el desarrollo del órgano reproductor hacia un testículo en lugar de un ovario.

Antes de este trabajo, los genomas de carpa común publicados que describe el artículo correspondían a hembras XX. Por tanto, los investigadores no disponían de un genoma de referencia masculino que incluyera la secuencia del cromosoma Y que necesitaban examinar. Las secuencias repetitivas de ADN y el genoma duplicado de la especie dificultaron aún más la búsqueda.

La carpa común es alotetraploide: su genoma combina dos conjuntos ancestrales de cromosomas, denominados A y B, que se unieron mediante hibridación. El artículo sitúa la divergencia de esos linajes ancestrales hace unos 23 millones de años y su fusión hace unos 12,4 millones de años. Las copias similares de genes y regiones de ADN pueden complicar la identificación de una secuencia asociada específicamente a los machos.

La incógnita llamaba la atención porque ya se conocían genes de determinación sexual en otros peces. La introducción del estudio enumera al menos 28 genes distintos en unas 140 especies de teleósteos pertenecientes a alrededor de 20 familias. Pangu completa una parte de ese panorama en los ciprínidos, pero no establece una regla universal para los peces.

De 101 peces a una pequeña inserción en el cromosoma Y

El equipo ensambló primero un genoma de carpa del río Amarillo macho, con 1.670 millones de bases de ADN distribuidas en 50 secuencias cromosómicas. Después volvió a secuenciar a 50 hermanos machos y 50 hembras, además de su progenitora, lo que dio un grupo de comparación de 101 peces.

Al comparar la presencia de fragmentos de ADN en machos y hembras, los investigadores identificaron inicialmente 428 fragmentos candidatos específicos de los machos. Seleccionaron dos candidatos destacados para validarlos. Se confirmó que uno de los fragmentos, de 847 pares de bases, estaba dentro de una inserción más extensa, cerca del extremo del cromosoma B25.

La clonación y la secuenciación determinaron que esta región más amplia contenía 1.487 pares de bases específicos de los machos. Un análisis independiente de la cobertura del ADN también señaló el mismo intervalo cromosómico. Las pruebas en poblaciones de carpa común de distintas regiones geográficas respaldaron la asociación de la secuencia con los machos.

El análisis de los cromosomas aportó una verificación adicional. Una sonda dirigida a la secuencia produjo señales en machos XY y YY, pero no en hembras XX. Los peces YY mostraron el doble de señales que los XY, en consonancia con que la secuencia se encuentre en el cromosoma Y. Estas pruebas permitieron establecer la ubicación del candidato, pero aún hacían falta experimentos funcionales para determinar qué hacía.

Pangu se activa antes de que se formen los testículos

Dentro de la inserción del cromosoma Y, el equipo identificó un gen que produce un transcrito de 447 bases, con una secuencia codificante de 231 bases. Esa secuencia codifica el péptido Pangu, de 76 aminoácidos. Las búsquedas en una importante base de datos de proteínas no encontraron similitudes significativas con genes anotados previamente.

Pangu contiene un dominio de hélice-bucle-hélice, una característica estructural que puede ayudar a las proteínas a interactuar con otras proteínas que regulan la actividad génica. El análisis no encontró pruebas sólidas de la presencia de la región básica adyacente, asociada habitualmente a la unión directa al ADN en algunas proteínas de esta clase. Esa diferencia es importante para comprender cómo podría controlar Pangu sus genes diana.

El momento en que se activa el gen también era compatible con una función en la dirección del desarrollo sexual. Se detectaron sus transcritos a partir de los 19 días posteriores a la fecundación, antes del inicio de la diferenciación sexual visible, que se ha situado a los 35 días. La expresión alcanzó su máximo a los 64 días y disminuyó después de los 92.

El análisis de células individuales situó la expresión más intensa en un subgrupo de células identificadas como posibles células de Sertoli. Estas células de soporte están relacionadas con el desarrollo testicular, a diferencia de las células germinales que finalmente producen espermatozoides. Las imágenes de tejidos también respaldaron una expresión asociada a las células de Sertoli. Otros reguladores conocidos alcanzaron sus máximos de expresión más tarde, en consonancia con que Pangu actúe en una etapa inicial del desarrollo.

Eliminar y añadir el gen invirtió el desarrollo

Los experimentos decisivos probaron las dos direcciones del interruptor propuesto. Mediante edición CRISPR, los investigadores alteraron pangu en carpas XY. A partir de los 35 días posteriores a la fecundación, las gónadas en desarrollo formaron una cavidad ovárica y siguieron un patrón de desarrollo ovárico; finalmente, produjeron ovarios con indicios de desarrollo de óvulos.

Los cambios fueron más allá de la apariencia de los tejidos. Aumentó la actividad del gen de diferenciación femenina foxl2, mientras que disminuyó la de los genes de diferenciación masculina amh y dmrt1. Las mediciones de proteínas mostraron el mismo patrón. Los niveles de testosterona y 11-cetotestosterona descendieron, mientras que aumentó el estradiol, en un perfil hormonal similar al de las hembras.

En otro experimento con carpas YY, se dejó intacta una copia funcional de pangu. Esos peces conservaron un desarrollo gonadal masculino normal, lo que respalda la conclusión de que una copia funcional restante podía sostener la vía masculina en las condiciones probadas.

Para el experimento inverso, el equipo introdujo en peces XX una construcción de ADN que contenía pangu y la secuencia que lo rodea. Estas carpas genéticamente hembras desarrollaron testículos, con indicios de formación de espermatozoides y patrones masculinos de expresión génica, proteica y hormonal. La introducción de pangu también restauró el desarrollo testicular en mutantes XY sin una copia funcional.

En conjunto, los experimentos demuestran que pangu es necesario y suficiente para la determinación del sexo masculino en las carpas comunes estudiadas: al eliminar su función, el desarrollo se orienta hacia la formación de ovarios; al añadirlo, puede orientarse hacia la formación de testículos. Los cromosomas no se convierten de XX a XY ni viceversa; lo que cambia es el resultado del desarrollo.

La inhibición de una vía ovárica ayuda a explicar el efecto

El estudio identifica cyp19a1a como una diana temprana de Pangu. Este gen codifica la aromatasa ovárica, una enzima que interviene en la producción de estrógenos. Su actividad contribuye a la diferenciación ovárica, por lo que constituye una vía plausible para que una señal masculina temprana redirija el desarrollo.

Las diferencias en la actividad de cyp19a1a ya eran visibles a los 19 días posteriores a la fecundación. Su expresión aumentó en peces XY con pangu alterado y disminuyó en peces XX portadores del gen introducido. Varios otros genes asociados a la diferenciación sexual no mostraron cambios tempranos comparables.

En experimentos con células humanas de laboratorio y una línea celular derivada de aletas de koi, Pangu redujo la actividad de las regiones reguladoras de ambas copias de cyp19a1a. Una versión mutante de Pangu sin un dominio de hélice-bucle-hélice intacto perdió esa capacidad, lo que vincula la estructura del péptido con su efecto regulador.

La prueba más sólida se realizó en los propios peces. La alteración de cyp19a1a en mutantes XY de pangu restauró el desarrollo testicular, pese a la pérdida del presunto interruptor masculino. Esta recuperación genética sitúa cyp19a1a aguas abajo de pangu: bloquear la vía ovárica puede compensar la ausencia de la señal que actúa antes. Las pruebas respaldan un mecanismo por el que Pangu promueve el desarrollo masculino, al menos en parte, al suprimir cyp19a1a, aunque todavía no establecen todos los pasos moleculares implicados.

¿Hasta dónde se extiende el hallazgo más allá de las carpas del río Amarillo?

Los investigadores detectaron pangu en machos representativos de las dos principales subespecies de carpa común. Entre ellos había carpas del río Amarillo, carpas rojas y koi del grupo de Asia oriental, y carpas espejo alemanas del grupo europeo. También identificaron una secuencia específica de los machos en otra especie del género, Cyprinus acutidorsalis.

Las carpas rojas y los koi se sometieron a pruebas funcionales adicionales. Al eliminar y añadir pangu se produjo una inversión sexual en direcciones opuestas, en consonancia con los resultados obtenidos en carpas del río Amarillo. Estos experimentos aportan pruebas más sólidas de una función compartida que la mera detección de la secuencia de ADN.

Esta distinción limita el alcance con que deben interpretarse los resultados. El artículo describe un interruptor masculino conservado en todo el género Cyprinus, mientras que los experimentos detallados de inversión sexual en ambas direcciones se realizaron con carpas del río Amarillo, carpas rojas y koi. La detección en carpas espejo alemanas y Cyprinus acutidorsalis amplía las pruebas genéticas, pero no equivale a realizar el mismo conjunto de pruebas funcionales.

Del mismo modo, que se trate del primer gen maestro de determinación sexual validado en la familia Cyprinidae no significa que Pangu determine el sexo en toda esa familia. El hallazgo establece un punto de partida para investigar qué peces emparentados comparten este interruptor y cuáles utilizan mecanismos distintos.

Un marcador de 2009 fue un indicio previo, no la prueba de un gen maestro

Un estudio de 2009 sobre un marcador, publicado en Molecular and Cellular Probes, ya había identificado un fragmento de ADN específico de los machos de carpa común. Los investigadores analizaron 220 cebadores aleatorios y encontraron que el cebador S2107 producía en los machos un fragmento de 909 pares de bases.

El patrón se observó en 30 peces de tres poblaciones de carpa común. Otras pruebas de amplificación e hibridación respaldaron su asociación con los machos. El fragmento presentaba poca similitud con una secuencia repetitiva del pez cebra, y no se detectaron señales de hibridación en la carpa herbívora.

Ese trabajo propuso utilizar la secuencia para identificar el sexo genético de las carpas del río Amarillo. Sin embargo, un marcador puede heredarse junto con un cromosoma sexual sin causar el desarrollo masculino. El nuevo estudio va más allá: identifica un gen expresado y demuestra que eliminar o añadir su función cambia el desarrollo gonadal. Las pruebas descritas aquí no demuestran que el marcador de 909 pares de bases y la región recién definida de 1.487 pares de bases sean la misma secuencia.

Los hitos de la investigación están separados por años, mientras que las fechas de publicación corresponden al mismo lanzamiento en diferentes zonas horarias:

• Octubre de 2009: El estudio anterior informó de un marcador de ADN de 909 pares de bases asociado a los machos de carpa común.
• 9 de octubre de 2026: Science Advances indica que el estudio sobre pangu se publicó en el volumen 12, número 41.
• 10 de octubre de 2026, hora de Pekín: Los anuncios sitúan en esta fecha la publicación de los nuevos hallazgos.
• 11 de octubre de 2026: Una publicación pública describió el hallazgo y más de una década de investigación.

Qué sigue sin resolverse

Las pruebas de la función de Pangu en el desarrollo son más sólidas que la explicación actual de su mecanismo molecular exacto. El estudio muestra la supresión de la actividad de cyp19a1a y una recuperación genética que vincula ambos genes. Sin embargo, todavía no establece si Pangu se une directamente al ADN regulador pertinente o si actúa por medio de otras proteínas.

Los autores también plantean una pregunta sobre las células que expresan pangu. Su expresión baja y restringida podría reflejar actividad en una población poco frecuente o transitoria de células en desarrollo del linaje de Sertoli. Determinar si esas células representan un estado precursor temprano ayudaría a explicar cómo una pequeña señal inicial conduce a la formación de testículos.

Chen Kuangxin, investigador posdoctoral de la Universidad Oceánica de Shanghái, y Chen Ji, investigador asociado del Instituto de Hidrobiología, son los dos primeros autores. Los autores de correspondencia son Hu Wei, Zhu Zuoyan, Ge Chutian, de la Universidad Wanli de Zhejiang, y Vance L. Trudeau, de la Universidad de Ottawa. El académico He Shunping, de la Academia China de Ciencias, y otros especialistas aportaron orientación y asistencia.

No se ha indicado un calendario para los próximos experimentos. El resultado central ya está respaldado por la localización cromosómica, la expresión temprana y las pruebas funcionales recíprocas. El trabajo pendiente se centra en cómo Pangu desempeña esa función y hasta qué punto comparten el mecanismo los grupos de carpas que no se han estudiado.

Puntos clave

• Pangu es el primer gen maestro de determinación sexual identificado en Cyprinidae y validado experimentalmente.
• Codifica un péptido de 76 aminoácidos dentro de una región de 1.487 pares de bases del cromosoma Y de la carpa común.
• La alteración de pangu hizo que carpas XY desarrollaran ovarios; al introducirlo en carpas XX, estas desarrollaron testículos.
• La alteración del gen cyp19a1a, que participa en la vía ovárica, restauró el desarrollo testicular en mutantes de pangu.
• Las pruebas funcionales en carpas rojas y koi respaldan una función compartida, pero los hallazgos no establecen un mecanismo universal para toda la familia.
• Sigue sin resolverse el mecanismo molecular exacto por el que Pangu suprime cyp19a1a.