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Investigadores revelan cómo evolucionaron las plantas parásitas


Las plantas parásitas son plantas extraordinarias con una fisiología, ecología e historias evolutivas únicas, y se sabe poco sobre su origen y evolución. 


por ZHANG Nannan, Academia China de Ciencias


Inicialmente, ciertos autótrofos evolucionaron para convertirse en plantas hemiparásitas facultativas que obtenían solo agua y nutrientes minerales de sus huéspedes como suplementos. Algunas de las plantas hemiparásitas facultativas se convirtieron más tarde en plantas parásitas obligadas que tenían que depender de sus huéspedes para completar sus ciclos de vida. Gradualmente, las plantas holoparásitas evolucionaron a partir de parásitos obligados y perdieron por completo su capacidad de fotosíntesis.

En las angiospermas, las plantas parásitas evolucionaron independientemente 12 o 13 veces. En ocho linajes de plantas parásitas, las especies hemiparásitas se extinguieron y solo quedaron holoparásitos. Sin embargo, Orobanchaceae (Lamiales), la familia más grande de plantas parásitas, comprende plantas autótrofas y parásitas con todos los grados de parasitismo. Esto la convierte, con diferencia, en la mejor familia para estudiar el origen y la evolución del parasitismo vegetal.

Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Wu Jianqiang del Instituto de Botánica de Kunming de la Academia de Ciencias de China (KIB/CAS) ha secuenciado y anotado recientemente los genomas de referencia de plantas orobancáceas, el autótrofo Lindenbergia luchensis y dos plagas holoparásitas económicamente importantes Orobanche cumana y Phelipanche aegyptiaca. Los resultados relevantes se publicaron en Molecular Plant .

Investigadores revelan cómo evolucionaron las plantas parásitas
Especies de plantas de la familia Orobanchaceae que van desde no parasitarias hasta niveles crecientes de parasitismo. Crédito: KIB

Al combinar estos genomas recién secuenciados con los datos existentes, los investigadores realizaron el análisis genómico comparativo más grande de plantas parásitas hasta la fecha, revelando la evolución de los genomas parásitos orobancháceos.

Los investigadores encontraron que, a diferencia de la cúscuta, las plantas parásitas orobancháceas no sufrieron una contracción dramática en el tamaño del genoma y el número de genes. En cambio, tanto las plantas orobancáceas hemiparásitas como las holoparásitas tenían genomas más grandes y más genes que la autótrofa Lindenbergia luchensis.

El haustorio es un órgano único en las plantas parásitas que les permite establecer una conexión física con sus anfitriones para que puedan vivir como parásitos. Usando datos del transcriptoma de haustorio, los investigadores identificaron genes altamente expresados ​​haustorialmente en los genomas de varias plantas parásitas y encontraron que estos genes también sufrieron expansiones dramáticas.

Hay dos períodos notables de expansión de genes, uno causado por un evento de paleopoliploidía (evento β L , hace unos 73,48 millones de años, antes de la aparición del parasitismo), y el otro fue causado por una duplicación independiente después de la divergencia de cada planta parásita. La comparación con el modelo neutral reveló que el evento β L jugó un papel importante en el origen del haustorio, aunque ocurrió unos 35 millones de años antes del origen del parasitismo.

El análisis evolutivo de la familia de genes reveló que estas plantas parásitas sufrieron una contracción y expansión simultánea de la familia de genes en sus genomas. La pérdida de genes se volvió más severa a medida que aumentaba el grado de parasitismo: desde alrededor del 2-3% de pérdida de genes en los hemiparásitos facultativos hasta alrededor del 6-7% de pérdida de genes en los hemiparásitos obligados y alrededor del 13-15% de pérdida de genes en los holoparásitos.

Más de la mitad de los genes perdidos en Orobanchaceae eran idénticos a los perdidos en dodder, una planta parásita con un origen completamente diferente. La mayoría de estos genes estaban relacionados con la fotosíntesis y la función del cloroplasto.

La pérdida diferencial de genes se relacionó principalmente con las dos formas parasitarias diferentes, el parasitismo del tallo y el parasitismo de la raíz , con la planta orobancácea perdiendo más genes relacionados con la fotosíntesis y la señalización de luz, mientras que la cúscuta perdió más genes relacionados con la función de los órganos de la raíz.

Los resultados de este estudio respaldan un modelo de tres fases de la evolución del genoma de plantas parásitas : primero, desarrollo de haustorio que permitió una conexión física con las plantas hospedantes; segundo, después de que evolucionó el haustorio, los parásitos comenzaron a perder genes que ya no eran necesarios, y tercero, los parásitos evolucionaron para adaptarse a sus huéspedes específicos.


Más información: Yuxing Xu et al, La genómica comparativa de especies orobancáceas con diferentes estilos de vida parasitarios revela el origen y la evolución gradual del parasitismo vegetal, 

Molecular Plant (2022). DOI: 10.1016/j.molp.2022.07.007



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