Aunque se encuentra en todo el mundo, es fácil pasar por alto la hepática común:la planta puede caber en la palma de la mano y parece estar compuesta de plantas planas, hojas superpuestas. A pesar de su apariencia poco atractiva, estas plantas sin raíces ni tejidos vasculares para el transporte de nutrientes son eslabones vivos de la transición de las algas que encontraron su camino fuera del océano a la multitud establecida de plantas terrestres.

Como se informó en el 5 de octubre, 2017 edición de Celda , un equipo internacional que incluye investigadores del Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE JGI), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, analizó la secuencia del genoma de la hepática común ( Marchantia polymorpha ) para identificar genes y familias de genes que se consideraron cruciales para la evolución de las plantas y que se han conservado durante millones de años y en todos los linajes de plantas. El trabajo fue dirigido por investigadores de la Universidad de Monash en Australia, y en la Universidad de Kyoto y la Universidad de Kindai en Japón.

"Las plantas tempranas como la hepática son las que prepararon el mundo para las plantas terrestres. Sin ellas, no tendríamos plantas a más de dos pies del océano y agua dulce, ", dijo Jeremy Schmutz, director del Programa de Plantas DOE JGI." Volviendo a las hepáticas, encontramos genes compartidos con pastos que son genes candidatos para cultivos para la generación de biocombustibles. Las plantas terrestres comenzaron con las mismas partes presentes en Marchantia hoy, por lo que todos los cambios se deben a factores como la evolución, poliploidía, intercambio de genes y rondas de selección. Queremos saber qué hacen los genes y lo hacemos traduciendo la función a través de los genomas utilizando secuencias conservadas. Los genomas más pequeños con menos complejidad, como los de un modelo vegetal basal o temprano como la hepática, nos brindan la capacidad de identificar genes ancestrales para un gen o una familia de genes. Identificamos la función de un gen en una planta y determinamos cómo funciona este gen, y luego identificamos otros genes al comprender la historia evolutiva del gen o la familia de genes a lo largo de la historia de las plantas ".

La secuenciación y anotación del genoma se realizó a través del Programa de Ciencias Comunitarias del DOE JGI, y permite comparaciones genómicas con otros linajes de plantas tempranos secuenciados y analizados por DOE JGI:el musgo espinoso Selaginella moellendorffi y el musgo Physcomitrella patens. Una de las vías bioquímicas más importantes se refiere a la producción de la hormona auxina, que es fundamental para regular el crecimiento y desarrollo de las plantas. El equipo identificó una vía mínima pero completa para la biosíntesis de auxinas en la hepática. Otro hallazgo sugiere que los genes que codifican las enzimas que producen el "protector solar" que permitieron a las plantas tempranas tolerar la luz ultravioleta pueden haber sido transferidos de microbios antiguos del suelo.

Uno de los hallazgos más importantes del equipo se refiere al desarrollo de la pared celular vegetal. La variedad de genes que codifican enzimas para el desarrollo de la pared celular vegetal que se encuentran en Marchantia enfatiza la importancia de las paredes celulares vegetales para la transición a plantas terrestres. El equipo identificó genes de biosíntesis de lignina tempranos similares a los de Physcomitrella. Si bien identificaron genes involucrados en la formación de plasmodesmos (los plasmodesmos son canales de membrana involucrados en las transferencias de moléculas de señal y nutrientes), una vía que está involucrada en la división celular, También encontraron que las hepáticas conservan los vestigios de las vías de división celular que preceden a las vías específicas de las plantas terrestres.

Otro hallazgo importante tiene que ver con la retención y distribución de agua. Las primeras plantas tuvieron que desarrollar estrategias para hacer frente a la sequía y la desecación, y muchas de estas mismas estrategias todavía se emplean en las plantas modernas. El ácido abscísico es una hormona del estrés de las plantas que regula cuando una planta se vuelve inactiva cuando hay escasez de agua. El equipo encontró genes homólogos para la biosíntesis del ácido abscísico, y también pudieron identificar cuándo los receptores específicos se volvieron críticos para las familias de plantas terrestres.

Schmutz señaló que a través del Programa de Ciencia Comunitaria, la exploración del DOE JGI de la historia evolutiva de las plantas se está expandiendo, conduciendo al desarrollo de un marco de genómica comparada, incluidos los de linajes de plantas tempranas como la hepática, que beneficia a la comunidad de investigación de plantas en general. "Cuanto más acumulamos esta información en los primeros linajes de plantas, más fácil es transferir la función vegetal a través de la filogenia vegetal y comparar familias de plantas para ver la radiación de estos genes. Nos centraremos un poco más en los linajes basales de las plantas para llegar a la historia evolutiva y la posición de los genes. Si podemos comprender el origen de estos genes, entonces podremos comprender la función histórica. Tener varias especies nos permite hacer más y mostrar más de lo que podemos con un solo genoma ".

Al aprender las funciones originales de los genes, aclarado a partir de los genomas de antes, más simple plantas y células, los científicos pueden resolver más fácilmente las funciones de genes relacionados que se observan en plantas más complejas que pueden ayudar a abordar las misiones del DOE en bioenergía y procesos ambientales.