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Los mecanismos moleculares de la fusión del genoma proporcionan pistas sobre la capacidad adaptativa de la biodiversidad

El proyecto GENOMERGE financiado por la Unión Europea ha estudiado el papel que desempeñan la fusión y la duplicación del genoma en la evolución y la adaptación de las plantas con flores.
Los mecanismos moleculares de la fusión del genoma proporcionan pistas sobre la capacidad adaptativa de la biodiversidad
La fusión (hibridación) y la duplicación (poliploidía) del genoma, procesos mediante los que dos linajes genéticos se combinan, favorecen la aparición de plantas alopoliploides, es decir, que presentan dos conjuntos de cromosomas procedentes de especies diferentes. Estas combinaciones genéticas, cada una con su propia historia evolutiva, han experimentado diferentes presiones selectivas que han desembocado en innovaciones evolutivas de gran importancia para la ecología de las especies.

El objetivo del proyecto GENOMERGE, financiado con fondos comunitarios, fue estudiar las consecuencias evolutivas de estas combinaciones genéticas sobre la biodiversidad, prestando especial atención a cómo los mecanismos moleculares favorecen la adaptación. El proyecto se centró en la evolución de las angiospermas o plantas con flores, empleando como modelo el género Spartina, que incluye especies vegetales típicas de zonas de marisma. El equipo de GENOMERGE determinó el papel de la alopoliploidía en la aparición de una nueva ruta bioquímica que permitió la producción del DMSP, una molécula con potencial efecto osmoprotector frente al estrés salino y, por tanto, de una gran importancia ecológica. También generó datos de secuenciación para ayudar a descifrar cómo la alopoliploidía facilitó la rápida expansión de especies invasoras del género Spartina.

El papel de alopoliploidía en la adaptación vegetal

Según el coordinador del proyecto GENOMERGE, el doctor Malika Ainouche: «La fusión del genoma y la poliploidía tienen una gran importancia ecológica ya que estos procesos son especialmente prominentes en plantas. Las angiospermas son sin duda el grupo de plantas terrestres más diverso, con aproximadamente trescientas mil especies, y estos procesos han desempeñado un papel fundamental en su diversificación y adaptación a través de selección natural o artificial, por ejemplo, mediante la domesticación de especies».

El objetivo principal de GENOMERGE era doble. Por un lado, dilucidar los mecanismos moleculares relacionados con la poliploidía mediante la caracterización de la evolución inmediata de genes duplicados. Por otro lado, estudiar genes y funciones con potencial valor adaptativo mediante el análisis de la evolución de genes duplicados en poblaciones naturales de especies alopoliploides.

El equipo de investigación estudió la evolución de la expresión génica en varias poblaciones naturales de diferentes especies del género Spartina empleando análisis transcriptómicos y técnicas de secuenciación de nueva generación. El doctor Ainouche apunta: «Evaluamos el efecto de la hibridación y la duplicación del genoma (poliploidía) empleando análisis comparativos de secuencias de ARN obtenidas de especies híbridas y alopoliploides surgidas recientemente y sus especies parentales».

Centrándose en las funciones con potencial valor adaptativo, el equipo examinó en detalle genes relacionados con nuevas rutas bioquímicas o con rasgos fenotípicos que podrían explicar la capacidad invasora de las especies del género Spartina, un miembro de la familia de las herbáceas (Poaceae). Los resultados revelaron que las especies del género Spartina son unas de las pocas plantas con flores que pueden producir una molécula de gran importancia ecológica: el dimetil sulfopropionato (DMSP). Una de las funciones de esta molécula es su potencial efecto osmoprotector, que ayuda a los organismos a sobrevivir en condiciones osmóticas extremas, por ejemplo a través de la tolerancia al estrés salino. La producción de DMSP ha sido detectada únicamente en especies de fitoplancton marino y, muy raramente, en animales o plantas con flores.

Gran repercusión ecológica

El género Spartina incluye especies de gran interés ecológico que generalmente desempeñan, entre muchas otras funciones, un papel importante en la dinámica sedimentaria de las marismas. Por ejemplo, se cree que estas plantas exhiben una buena capacidad fitorremediadora mediante la absorción y acumulación de contaminantes presentes en sedimentos. Por tanto, los resultados de GENOMERGE tienen una gran utilidad para los esfuerzos de gestión del suelo y conservación de la biodiversidad, entre otros. Estos también serán de interés para los investigadores que estudian los efectos del cambio climático tal y como señala el doctor Ainouche: «La molécula DMSP tiene una gran importancia medioambiental por sí misma, ya que es el principal precursor biogénico del DMS (dimetilsulfuro) atmosférico, que está relacionado con el ciclo global del sulfuro, la lluvia ácida y la regulación del clima».

Tras demostrar cómo la alopoliploidía facilitó la evolución de la expresión génica y la aparición de innovaciones bioquímicas, el siguiente paso de los investigadores de GENOMERGE consistirá en identificar exactamente qué mecanismos están implicados en el proceso, como, por ejemplo, la regulación de la expresión génica. El doctor Ainouche concluye: «Dado que la mayoría de las especies vegetales cultivadas son alopoliploides, incluyendo el trigo, la colza, el algodón y el café, este trabajo contribuirá a comprender mejor cómo las plantas silvestres y las plantas domesticadas de interés agronómico pueden adaptarse a condiciones ambientales estresantes».

Palabras clave

GENOMERGE, fusión del genoma, alopoliploidía, evolución, adaptación, biodiversidad, DMSP, angiospermas, ecología vegetal, secuenciación de nueva generación, estrés osmótico, genética, molécula antiestrés
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