Un estudio encuentra una nueva evolución genética en la planta decaploide Nepenthes gracilis

En un estudio reciente, un equipo dirigido por el botánico de Würzburg Kenji Fukushima investigó la estructura genómica de la planta carnívora Nepenthes gracilis y demostró cómo la poliploidía (el fenómeno de tener más de dos conjuntos de cromosomas en las células) contribuye a la innovación evolutiva. Fukushima dirige un grupo de trabajo en la Cátedra de Botánica I de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).

Los resultados del estudio ahora han sido Publicado en el diario Plantas de la naturaleza.

Tras la pista del dominio del subgenoma

Los genomas de las plantas son conocidos por su estructura compleja, y el estudio de genomas poliploides con múltiples conjuntos de cromosomas permite a los investigadores responder preguntas profundas sobre la genética. «Nuestros hallazgos no sólo proporcionan información importante sobre el panorama adaptativo del genoma de Nepenthes, sino que también amplían nuestra comprensión de cómo la poliploidía puede impulsar la evolución de nuevas funciones», afirma el profesor Victor Albert de la Universidad de Buffalo. Albert es el coautor principal del estudio.

Una cuestión central se refiere al mecanismo de la llamada dominancia del subgenoma, que influye en la retención y expresión de genes en múltiples conjuntos de cromosomas.

Este proceso a menudo conduce a un subgenoma dominante, que es más rico en genes. Los subgenomas recesivos, por otro lado, pierden genes. En su estudio, Fukushima y su equipo se centraron en la estructura genómica previamente desconocida de Nepenthes gracilis e investigaron la compleja relación entre los subgenomas.

Subgenomas recesivos como fuerzas impulsoras innovadoras

Utilizando modernas técnicas de secuenciación de alto rendimiento y análisis bioinformáticos, los investigadores pudieron identificar una estructura genómica decaploide (el hecho de que hay 10 conjuntos de cromosomas en una célula) en la planta tropical. Al hacerlo, encontraron una firma clara de dominancia del subgenoma, lo que condujo a un subgenoma dominante y cuatro subgenomas recesivos.

“Curiosamente, sin embargo, se descubrió que son los subgenomas recesivos los que se enriquecen con nuevos genes. Este sorprendente descubrimiento sugiere que los subgenomas recesivos contribuyen de manera importante a la adaptación evolutiva de las plantas”, afirma Fukushima. Esto es particularmente cierto para definir características como las hojas de jarra, que se utilizan para atrapar insectos, y la dioecia, la presencia de plantas masculinas y femeninas separadas.

En un análisis más detallado, el equipo identificó genes específicos en los subgenomas recesivos que pueden estar relacionados con estos rasgos únicos. Un ejemplo interesante es un gen específico masculino recientemente identificado en el cromosoma Y que podría desempeñar un papel crucial en la dioecia. También descubrieron un conjunto de genes expresados ​​específicamente en la captura de cántaros que probablemente contribuya a la evolución de la carnivoría en Nepenthes.

Posibles aplicaciones en agricultura

Además de investigar la genética de Nepenthes gracilis, el estudio contribuye a la comprensión general del papel de la poliploidía en la evolución y cómo surgen nuevos genes. El conocimiento adquirido también podría aplicarse a otras áreas de la investigación vegetal y mejorar nuestra comprensión de los genomas de las plantas y de cómo las plantas pueden formar rasgos complejos y novedosos. Además, los resultados permiten sacar conclusiones sobre la diversidad y la adaptación de las plantas en general y pueden hacer valiosas contribuciones a la agricultura, por ejemplo.

«Los mecanismos de transporte y reproducción de nutrientes son de particular interés», explica Fukushima. Las conclusiones del estudio podrían ayudar a comprender mejor estos procesos y contribuir así a prácticas agrícolas sostenibles y eficientes.