El estudio del genoma arroja luz sobre cómo las plantas carnívoras asiáticas obtuvieron su distintiva trampa para insectos – UBNow: noticias y opiniones de profesores y personal de la UB

Tener más de dos juegos completos de cromosomas podría ser un obstáculo para la supervivencia a largo plazo de un linaje de plantas; sin embargo, los científicos también están encontrando evidencia de que probablemente esté detrás de algunas innovaciones evolutivas.

La herencia repentina de conjuntos completos de copias de genes adicionales puede agregar redundancia a los conjuntos regulares de funciones de un organismo, permitiendo de hecho que algunas de estas copias evolucionen y se expresen de maneras completamente nuevas.

En el caso de la planta carnívora del este de Asia, esta libertad mutacional puede haber mejorado su capacidad para cazar presas y satisfacer su apetito de “carne”.

Este es sólo uno de los hallazgos de un nuevo estudio que ha secuenciado el genoma Nepenthes gracilisun tipo de planta carnívora relacionada con la Venus atrapamoscas, además de suculentas, remolachas y espinacas.

“Nuestros hallazgos no solo proporcionan información fundamental sobre el panorama adaptativo de los organismos nepentes «El genoma también amplía nuestra comprensión de cómo la poliploidía (la presencia de múltiples conjuntos de cromosomas) estimula la evolución de nuevas funciones», dice Victor Albert, profesor de innovación en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Facultad de Artes y Ciencias.

Albert es el coautor principal del libro. Estancia, que se publicó el 23 de noviembre en la revista Nature Plants, en colaboración con Kenji Fukushima de la Universidad de Würzburg en Alemania. Otros contribuyentes de la UB incluyen a Charlotte Lindqvist, profesora de ciencias biológicas, y las estudiantes de doctorado Emily Carroll y Michaela Richter.

El trabajo de Albert fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias.

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La idea de las “plantas devoradoras de hombres” ha capturado durante mucho tiempo nuestra imaginación apocalíptica. Sin embargo, las plantas de jarra requieren una comida mucho más pequeña.

Atrapan insectos utilizando sus hojas altamente especializadas en forma de jarra. El fondo de sus cántaros está lleno de fluidos digestivos que ahogan a la presa y finalmente la destruyen. Este proceso libera nutrientes, como nitrógeno y fosfato, que permiten que las plantas de jarra prosperen en hábitats pobres en nutrientes.

«Las plantas carnívoras buscan fertilizantes», dice Albert.

en estudio de 1992Albert y sus colegas descubrieron que las plantas carnívoras asiáticas, australianas y americanas poseen rasgos similares aunque evolucionaron de forma independiente. Investigaciones posteriores publicadas en 2017 mostraron que cada una de estas especies cooptó muchas de las mismas proteínas antiguas.

En este nuevo estudio, el equipo de Albert y Fukushima descubrió que la trampa del lanzador se especializa en la planta asiática del lanzador, O nepentesprobablemente promovido por poliploidía. nepentesLa especie ya había evolucionado hasta convertirse en carnívora, por lo que es posible que los genomas duplicados simplemente hayan modificado su forma de cazar.

El equipo se enteró nepentes Tiene un genoma aploide en su estado diploide, una estructura compleja casi sin precedentes en las plantas con flores que refleja la posesión de cinco múltiplos del genoma completo, o «subgenomas».

El equipo descubrió que el quinto subgenoma es «dominante», contiene más copias de genes y las expresa en niveles más altos que los otros cuatro subgenomas «recesivos» más antiguos. Sin embargo, son los subgenomas recesivos, no el genoma dominante, los que pueden portar más genes clave. nepentes“Carnívoros especializados.

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«El subgenoma dominante muestra una mayor influencia de la presión de la selección natural para mantener la función genética», dice Fukushima. «Mientras que los subgenomas recesivos, que se ven menos afectados por la conservación funcional, se han vuelto más libres para cambiar a lo largo del tiempo evolutivo».

alguno nepentesEs posible que los genes carnívoros refinados hayan evolucionado originalmente para defenderse de lo que eventualmente se convirtió en su presa. Enzimas que ayudan nepentes Por ejemplo, se reutilizaron los exoesqueletos duros de los insectos en lugar de los que originalmente protegían a las plantas de ser comidas por estos animales.

“Este linaje de nepentes «No desarrollaron nuevos genes para volverse carnívoros, adquirieron combinaciones o conjuntos de herramientas de genes que ya estaban allí», explica Albert.

Una hipótesis sugiere que la poliploidía tiene poco efecto en la evolución a largo plazo, ya que las especies con múltiples genomas pueden experimentar una extinción a un ritmo mayor que aquellas como los humanos, que sólo tienen dos juegos de cromosomas. Sin embargo, los resultados del estudio se suman a la evidencia que sugiere que los antiguos eventos de poliploidía a veces pueden ser la base de los saltos evolutivos aún visibles entre las plantas de hoy.

nepentes Sólo parte del 6% de las especies de plantas con flores son dioicas, lo que significa que cada planta individual produce flores masculinas o femeninas. En realidad, nepentes Es la única planta carnívora dioica.

El equipo de Albert y Fukushima también identificó una región del genoma específica de los hombres que contiene tres genes que probablemente sean responsables de controlar estas diferencias sexuales. Uno de estos genes, llamado LEAFY, es un gen clave que se expresa temprano en el desarrollo de la flor y actúa como un regulador maestro.

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“Parece que LEAFY tenía una forma duplicada y se movió a la región del cromosoma Y nepentesLuego se diferencian en su función. «Hasta ahora, el uso de LEAFY no tiene precedentes en plantas con flores», afirma Albert. «El gen LEAFY es un regulador central en las plantas con flores, y cuando se agrega o elimina artificialmente mediante ingeniería genética, alterará el tiempo de floración de una planta».

«Aunque ahora tenemos evidencia bioinformática que sugiere que LEAFY es uno de los genes clave involucrados en el mecanismo de determinación del sexo en… nepentes«De hecho, demostrar esto requerirá más estudios en plantas vivas», añade.

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