Investigadores de la Universidad de Viena, junto con colaboradores de Francia, Alemania, Suiza y Estados Unidos, han logrado un gran avance en la comprensión de cómo los impulsores genéticos influyen en la evolución de un mecanismo de fotosíntesis específico en Tillandsia (plantas aéreas). Esto arroja luz sobre las complejas acciones que provocan la adaptación de las plantas y la diversidad ecológica. Los resultados de su estudio se publican en Plant Cell.
Algunas especies de plantas han desarrollado una característica de ahorro de agua llamada metabolismo del ácido crasuláceo (CAM). Las plantas CAM, como la mayoría de las especies de Tillandsia, el género más rico en especies de la familia de la piña (Bromeliaceae), optimizan su eficiencia en el uso del agua:mientras que otras plantas normalmente abren sus estomas (pequeños poros en sus hojas) durante el día para absorber dióxido de carbono para la fotosíntesis. , Las plantas CAM hacen esto por la noche y almacenan CO2 para su uso posterior, ayudándoles a sobrevivir con menos agua.
Este rasgo evolucionó de forma independiente varias veces en todo el reino vegetal. Sin embargo, la evolución de la compleja base genética de la CAM sigue siendo difícil de alcanzar, lo que la convierte en un foco de investigación en biología evolutiva.
En este estudio, el equipo de investigación se centró en un par de especies de Tillandsia que exhiben formas divergentes de fotosíntesis (CAM frente a C3), lo que significa que la especie C3 carece de una adaptación especializada a las condiciones áridas. Mediante el uso de técnicas avanzadas para estudiar la genética y la bioquímica de las plantas (por ejemplo, análisis de la disposición genética, evolución molecular y de familias de genes, expresión genética diferencial temporal y metabolitos), descubrieron que los cambios en la regulación genética son los principales responsables de los mecanismos genómicos que impulsan la evolución de las CAM en Tillandsia.
Clara Groot Crego, Departamento de Botánica e Investigación de Biodiversidad de la Universidad de Viena y autora principal del estudio, explica:"Nuestros hallazgos revelan que, si bien los cambios a gran escala han influido en los genomas de Tillandsia, al igual que en otras plantas, el ajuste del funcionamiento de la fotosíntesis se produce principalmente a través de cómo se regulan los genes, no cambiando las secuencias que codifican las proteínas".
Los conocimientos clave del estudio incluyen la identificación de familias de genes relacionados con CAM que están experimentando una expansión acelerada en especies de CAM. Esto resalta el papel fundamental de la evolución de la familia de genes en la generación de nuevas variaciones que impulsan la evolución de la CAM.
Hacia nuevos nichos gracias a la evolución repetida
"CAM evolucionó repetidamente en diferentes especies de Tillandsia y ha acelerado su capacidad para colonizar nuevos nichos ecológicos, sirviendo como un impulsor clave de la especiación desenfrenada observada dentro de este grupo", dice Ovidiu Paun, Departamento de Botánica e Investigación de Biodiversidad de la Universidad de Viena y director investigador del estudio.
"Nuestra investigación destaca la importancia potencial de la innovación genética, más allá de los simples cambios de pares de bases, para impulsar la diversificación ecológica", añade Paun.
Thibault Leroy, investigador principal del INRAE Toulouse, Francia, destaca que este estudio tiene implicaciones más allá de la ciencia básica. "Comprender cómo evolucionó la CAM puede ayudar a desarrollar estrategias para hacer que los cultivos sean más resistentes a la escasez de agua y hacer frente al cambio climático".
La investigación se ampliará a más especies de este y otros grupos de plantas en el marco de un nuevo proyecto de colaboración.
Más información: Clara Groot Crego et al, La evolución de la CAM está asociada con la expansión de la familia de genes en una radiación explosiva de bromelia, La célula vegetal (2024). DOI:10.1093/plcell/koae130
Información de la revista: Célula vegetal
Proporcionado por la Universidad de Viena
