Agricultura Botánica y Genética Europa

Duplicaciones del genoma como estrategia de adaptación evolutiva

Duplicaciones del genoma como estrategia de adaptación evolutiva
Las duplicaciones del genoma describen un proceso excepcional en plantas terrestres para hacer disponible una variabilidad genética adicional Crédito: Marcus Koch

Las duplicaciones del genoma juegan un papel importante en el desarrollo de formas y estructuras de organismos vegetales y sus cambios a lo largo de largos períodos de evolución. 


por la Universidad de Heidelberg


Biólogos de la Universidad de Heidelberg, bajo la dirección del Prof. Dr. Marcus Koch, hicieron este descubrimiento en su investigación de la familia Brassicaceae. Para determinar el alcance de las diferentes variaciones a lo largo de 30 millones de años, analizaron las 4.000 especies de esta familia de plantas e investigaron a nivel de género su diversidad morfológica con respecto a todos sus rasgos característicos. Los resultados de esta investigación se publicaron en la revista Nature Communications .

La forma externa de una planta, también conocida como su morfología, depende notablemente de factores ambientales y sus influencias. Esto es cierto en escalas de tiempo cortas de desarrollo individual, así como a largo plazo en una escala evolutiva. «Una especie vegetal siempre representa solo una parte de la posible amplitud de la variación morfológica en la evolución, lo que permite estudiar líneas evolutivas relacionadas como grupo para determinar su disparidad morfológica», destaca el profesor Koch, que dirige el grupo de investigación Biodiversidad y Sistemática Vegetal en el Centro de Estudios Organismales (COS) de la Universidad de Heidelberg. El alcance de esta disparidad puede verse como un potencial evolutivo de adaptaciones a entornos alterados y una diferenciación asociada.

Para medir la variación morfológica, los investigadores primero registraron los rasgos característicos de las 4.000 especies de Brassicaceae en una lista de verificación que describe la identidad y las correlaciones de las especies. Luego construyeron un árbol genealógico a nivel de género a partir de datos de ADN de secuenciación de próxima generación para visualizar y probar la dinámica evolutiva subyacente. El árbol facilita el estudio de rasgos complejos y su desarrollo a lo largo de la evolución y los coloca en el contexto de otros procesos y eventos, como duplicaciones del genoma o cambios importantes en las tasas de especiación. Las duplicaciones del genoma, es decir, la multiplicación de todo el genoma en una célula, describen un proceso excepcional en plantas terrestres para hacer disponible una variabilidad genética adicional.

«Un resultado sorprendente de nuestro estudio es que no existe una innovación clave con respecto a las características morfológicas estudiadas. Los rasgos de carácter cambian constantemente y parecen ensamblarse arbitrariamente una y otra vez. Las viejas líneas evolutivas hacen uso del potencial morfológico en una forma diferente manera pero no difieren entre sí en términos de su disparidad. De esta manera, la evolución puede proceder de forma rápida y divergente «, afirma Marcus Koch.

Estos patrones están asociados con duplicaciones del genoma, que reflejan los componentes genéticos, así como un rápido aumento en las tasas de especiación como expresión de la presión de selección de entornos pasados ​​y cambiantes. En consecuencia, las Brassicaceae actuales exhiben más del 40 por ciento de especies poliploides, que experimentaron duplicaciones del genoma y portan un conjunto múltiple de cromosomas. «Eso significa que una especie como el berro thale, Arabidopsis thaliana, ha pasado por al menos tres duplicaciones del genoma en el curso de la evolución de las plantas con flores en los últimos 160 millones de años. Sin embargo, esta especie todavía tiene solo diez cromosomas porque los genomas tienen que posteriormente se estabilizará y, por lo general, se reducirá a largo plazo «, explica el profesor Koch.

La investigación se realizó principalmente en el marco del programa prioritario de DFG «Soluciones vegetales evolutivas a los desafíos ecológicos» (SPP 1529). Los datos están disponibles en una base de datos de acceso público.


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