Un estudio de genética de macroalgas arroja luz sobre cómo las algas se volvieron multicelulares

Una inmersión profunda en la genética de las macroalgas ha descubierto los fundamentos genéticos que permitieron que las macroalgas o «algas marinas» evolucionaran hacia la multicelularidad. Tres linajes de macroalgas desarrollaron multicelularidad de forma independiente y durante períodos de tiempo muy diferentes, adquiriendo genes que permiten la adhesión celular, la formación de matriz extracelular y la diferenciación celular, informan los investigadores en la revista. Planta molecular.

Sorprendentemente, muchos de estos genes habilitadores multicelulares tenían orígenes virales. El estudio, que aumentó el número total de genomas de macroalgas secuenciados de 14 a 124, es el primero en investigar la evolución de las macroalgas a través de la lente de la genómica.

«Este es un gran recurso genómico que abrirá la puerta a muchos más estudios», dice la coautora y bióloga de algas Alexandra Mystikou, de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi y el Instituto de Innovación Tecnológica de los Emiratos Árabes Unidos. «Las macroalgas desempeñan un papel importante en la regulación del clima global y los ecosistemas, y tienen numerosas aplicaciones comerciales y de ecoingeniería, pero hasta ahora no ha habido mucha información sobre sus genomas».

Las macroalgas viven tanto en agua dulce como en agua de mar y son organismos multicelulares complejos con órganos y tejidos distintos, a diferencia de las microalgas, que son microscópicas y unicelulares. Hay tres grupos principales de macroalgas –rojas (Rhodophyta), verdes (Chlorophyta) y marrones (Ochrophyta)– que evolucionaron de forma independiente hacia la multicelularidad en épocas y condiciones ambientales muy diferentes. Los rodófitos y los clorófitos evolucionaron de forma multicelular hace más de mil millones de años, mientras que los ocrofitos sólo se volvieron multicelulares en los últimos 200.000 años.

Para investigar la evolución de la multicelularidad de las macroalgas, los investigadores secuenciaron 110 nuevos genomas de macroalgas de 105 especies diferentes originarias de hábitats de agua dulce y salada en diversas geografías y climas.

Los investigadores han identificado varias vías metabólicas que distinguen las macroalgas de las microalgas, algunas de las cuales pueden ser responsables del éxito de las especies de macroalgas invasoras. Muchos de estos genes metabólicos parecen haber sido donados por virus que infectan a las algas, y los genes de origen viral eran especialmente prevalentes en las algas pardas evolucionadas más recientemente.

Descubrieron que las macroalgas adquirieron muchos genes nuevos que no están presentes en las microalgas en su camino hacia la multicelularidad. Para los tres linajes, las adquisiciones clave incluyeron genes implicados en la adhesión celular (que permite que las células se peguen entre sí), la diferenciación celular (que permite que diferentes células desarrollen funciones especializadas), la comunicación celular y el transporte intercelular.

«Muchos genes de algas pardas asociados con funciones multicelulares tenían motivos característicos que sólo estaban presentes en los virus que las infectan», dice el coautor y bioinformático David Nelson de la Universidad de Nueva York, Abu Dhabi. «Es una teoría un poco descabellada que sólo se ha sugerido en el pasado, pero a partir de nuestros datos parece que estos genes transferidos horizontalmente fueron factores críticos en la evolución de la multicelularidad en las algas pardas».

El equipo también identificó otras características distintivas entre los linajes de macroalgas. Observaron mucha más diversidad entre diferentes especies de rodófitos, que desarrollaron primero la multicelularidad y, por lo tanto, tuvieron más tiempo para divergir. También descubrieron que las clorofitas comparten muchas características genómicas con las plantas terrestres, lo que sugiere que estos genes pueden estar ya presentes en el último ancestro común de las clorofitas y las plantas.

«De ninguna manera hemos explorado exhaustivamente todo lo que existe en estos genomas», dice el autor principal y biólogo de sistemas Kourosh Salehi-Ashtiani de la Universidad de Nueva York, Abu Dhabi. «Hay un montón de información que no cubrimos en este artículo y que cualquier persona interesada puede explorar».

Los investigadores ya están profundizando en el conjunto de datos para investigar las adaptaciones ambientales y de hábitat entre las macroalgas. En el futuro, esperan secuenciar y analizar aún más genomas de macroalgas.

«Queremos explorar algunas de estas características con más detalle, lo que significa más genomas si podemos conseguirlos», dice Salehi-Ashtiani.