Evolución de vegetales y transferencia de genes

Investigadores de Francia, Reino Unido y Estados Unidos han obtenido información nueva sobre la manera en que los vegetales intercambian genes y, de este modo, impulsan su desarrollo evolutivo. Sus hallazgos, publicados en la revista Current Biology, ponen de manifiesto que determinadas enzimas fundamentales para la fotosíntesis fueron compartidas entre plantas emparentadas únicamente mediante ancestros lejanos, y también que el ciclo metabólico de la planta receptora absorbió los genes, contribuyendo así a su adaptación. El estudio fue financiado en parte por una beca Marie Curie por medio del Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea.

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n la comunidad científica es generalizada la creencia de que la transferencia de genes de los progenitores a su descendencia, trátese de animales o vegetales, contribuye a su evolución. Se sabe que a lo largo de este proceso se producen modificaciones genéticas. Los investigadores del estudio referido, pertenecientes a la Universidad Brown (Estados Unidos), el Laboratoire Evolution et Diversité Biologique (Francia), la Universidad de Liverpool y la Universidad de Sheffield (Reino Unido), han descubierto que determinados genes pasan de una planta a otra entre especies que sólo mantienen parentesco a través de antepasados muy lejanos.

Estos investigadores observaron que cierto grupo de herbáceas transfirieron genes en múltiples ocasiones a lo largo de millones de años. Los genes transferidos desempeñaban una función crucial en la maquinaria de la fotosíntesis de las plantas, y de manera especial en los vegetales C4, que se encuentran en climas cálidos y tropicales y representan el 20 % de la cubierta vegetal del planeta.

«Que nosotros sepamos, es el primer caso de genes nucleares transmitidos entre plantas e incorporados al metabolismo primario, contribuyendo así a la evolución de un rasgo nuevo, en este caso la fotosíntesis de los vegetales C4», explicó el Dr. Pascal-Antoine Christin del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad Brown.

Los científicos estudiaron a fondo la genealogía de dos genes que codifican enzimas fundamentales en la fotosíntesis de los C4: fosfoenolpiruvato carboxilasa (ppc) y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (pck). También examinaron la función y la presencia histórica de estas enzimas en Alloteropsis, una herbácea común y ampliamente estudiada.

El equipo evaluó en primer lugar los genes de especies estrechamente emparentadas, tres plantas C4 (Alloteropsis angusta, Alloteropsis cimicina y Alloteropsis semialata) y una planta C3 (Alloteropsis eckloniana). De este modo pretendían dilucidar la historia evolutiva de los genes de ppc y pck, que se hallaban en su ancestro común C3 y que se creía que se habían adaptado con el fin de estimular la fotosíntesis en las plantas C4 descendientes.

Según el Dr. Christin: «Muchos se preguntaban cómo han evolucionado estos genes. La creencia más extendida es que cierto ancestro poseía estos genes, si bien no participaban en la fotosíntesis. Posteriormente se habrían modificado y convertido en agentes fotosintéticos en los vegetales C4.»

Se evaluaron vegetales C4 cuya enzima ppc era necesaria para la fotosíntesis así como otros vegetales que también tenían la enzima si bien ésta no intervenía en absoluto en la fotosíntesis. Los investigadores partieron de la hipótesis de que las enzimas ppc empleadas en la fotosíntesis de los C4 guardarían un parentesco estrecho con los genes no fotosintéticos de plantas C3 estrechamente emparentadas, al tener ancestros en común. En cambio, lo que descubrieron es que los genes de ppc implicados en la fotosíntesis de los C4 guardaban una relación estrecha con genes de ppc de otras especies C4 que no guardaban un parentesco cercano en su filogenia o árbol genealógico. Los autores descubrieron también que estas plantas que compartían enzimas ppc activas en la fotosíntesis se diferenciaron hace nada menos que 20 millones de años. Así pues, pese a sus divergencias en cuanto a sus antepasados, habían realizado un intercambio de genes.

«Hace mucho que sabemos que entre progenitores y descendientes se producen adaptaciones evolutivas», indicó otro de los autores, el Dr. Colin Osborne de la Universidad de Sheffield. «Ahora hemos descubierto en vegetales que también se pueden transferir entre parientes lejanos sin producirse un contacto directo entre las especies.»

La profesora Erika Edwards de la Universidad Brown añadió: «Lo más apasionante de este descubrimiento es que estos genes pasan de una planta a otra de un modo que nunca habíamos visto. Entre estas plantas no existe ninguna relación del tipo huésped-parásito, que es cuando normalmente se ve esta clase de movimiento de genes.»