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El genoma de algas proporciona información sobre las primeras plantas terrestres


Los investigadores de Cornell han secuenciado y analizado el genoma de una alga unicelular que pertenece al linaje más cercano a las plantas terrestres y proporciona muchas pistas sobre cómo las plantas acuáticas primero colonizaron la tierra.


por Krishna Ramanujan, Universidad de Cornell


El informe, «El genoma de Penium margaritaceum: características de los orígenes de las plantas terrestres», se publicó el 21 de mayo en la revista Cell .

Penium margaritaceum pertenece a un grupo de algas de agua dulce llamadas charophytes, y específicamente a un subgrupo llamado Zygnematophyceae, que tuvo un ancestro común con las primeras plantas terrestres hace unos 600 millones de años. Para pasar del agua a la tierra, una transición que todavía desconcierta a los científicos, las plantas tuvieron que protegerse del secado y de la radiación ultravioleta (UV), y tuvieron que desarrollar estructuras para sostenerse sin la flotabilidad que proporciona el agua.

Los investigadores encontraron huellas de todas estas adaptaciones en el genoma del Penium, lo que proporciona información sobre los mecanismos y la genética que requerían las primeras plantas terrestres .

«No sabíamos casi nada sobre los genomas de los antepasados ​​inmediatos de las plantas terrestres», dijo la autora principal Jocelyn Rose, profesora de biología vegetal en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida.

«Ahora tenemos ideas interesantes sobre el último ancestro común de algas y plantas terrestres», dijo Rose, «y eso permite a los biólogos de plantas inferir los orígenes de las vías moleculares de las plantas terrestres, los sistemas de desarrollo y los procesos biológicos, y ubicarlos en el contexto de colonización de la tierra en formas que no habían sido posibles anteriormente «.

Aunque algunas algas del grupo carófito están ramificadas y parecen plantas terrestres tempranas, los datos moleculares revelan que el ancestro común tenía una forma más simple de filamento.

«Estamos muy interesados ​​en por qué es que el plan corporal simple podría haber sido evolutivamente ventajoso», dijo Rose. «El penium vive en los márgenes del agua dulce y la tierra, en hábitats que lo exponen a períodos de secado y rehidratación y esto probablemente fue un factor clave».

El genoma Penium contiene una gran cantidad de ADN repetitivo y «basura» (no codificante), lo que creó desafíos para los investigadores. Terminaron extrayendo un conjunto limpio de ADN de núcleos purificados e integrando muchos tipos de técnicas de secuenciación de ADN y programas de ensamblaje para cubrir todo el genoma . También llevaron a cabo una secuenciación de transcriptoma (ARN) de vanguardia para complementar la secuenciación del genoma y comprender qué genes se activaron y desactivaron por diferentes tensiones.

«Descubrimos que el genoma es enorme», dijo Zhangjun Fei, profesor de bioinformática en el Instituto Boyce Thompson y profesor asociado adjunto en la Sección de Patología Vegetal y Biología de Microbios Vegetales. Fei es uno de los principales autores del estudio y manejó el trabajo computacional y de secuenciación.

El genoma de esta pequeña alga unicelular es incluso más grande que el genoma del maíz notoriamente grande y el genoma humano.

«Un gran resultado es que encontramos flavonoides, sustancias químicas que pueden proteger de la radiación de luz ultravioleta», dijo Fei.

«Anteriormente se pensaba que estos compuestos solo existían en las plantas terrestres», dijo Rose. «Detectamos no solo los flavonoides en sí, sino también partes de la vía para su biosíntesis».

Los investigadores también identificaron genes involucrados en sistemas reguladores y señalización hormonal que anteriormente solo se habían encontrado en plantas terrestres, así como mecanismos que evitan que las plantas se sequen, incluida la producción de mucílago.

También encontraron una gran cantidad de genes que contribuyen a la biosíntesis y reorganización de la pared celular, que son necesarios para el soporte estructural.

«Una vez más, es una sola célula, pero tiene enormes familias de proteínas modificadoras de la pared celular», dijo Rose. «Esto sugiere un control altamente complejo de la estructura de la pared, la dinámica y las propiedades biomecánicas que pueden ser tan elaboradas como en tierras multicelulares».

Los investigadores creen que el genoma Penium abrirá investigaciones en muchas áreas de la biología de las plantas, incluidas las posibles aplicaciones para cultivos modernos. El equipo planea investigar los genomas de otras especies de carófitas.


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