Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Investigan mil millones de años de convivencia entre plantas y hongos


¿Qué pueden decirnos mil millones de años de convivencia sobre la evolución de las plantas y los hongos?


Kristin Rose, Virginia Tech

Ni las plantas ni los hongos existieron en la tierra antes de hace 800 millones de años, un fenómeno sorprendente considerando su inmensa biodiversidad actual, el dominio de los ecosistemas y el impacto en el medio ambiente.

El profesor emérito de Virginia Tech, Khidir Hilu, junto con un equipo de 13 investigadores con experiencia complementaria en botánica, micología, paleontología y bioinformática, unieron fuerzas para abordar esta cuestión en un estudio a gran escala publicado en Nature Communications .

“Los movimientos de plantas y hongos a tierra han modificado físicamente nuestro planeta de manera irreversible y han dado forma a su propia biodiversidad, así como a la del reino animal”, dijo Hilu, profesor emérito del Departamento de Ciencias Biológicas de la Facultad de Ciencias. “Nuestra investigación muestra que la exitosa invasión de plantas y hongos a la tierra fue el resultado de la interacción coevolutiva entre los dos que mejoraron su biodiversidad. Estos hallazgos son oportunos, considerando los problemas actuales en el cambio climático y las extinciones notables experimentadas por las plantas y los animales y el impacto. en nuestro planeta “.

Los autores señalaron que aunque las interacciones entre hongos y plantas, incluido el parasitismo, el mutualismo (beneficioso para ambos organismos) y la saprotrofia (obtención de nutrientes de partes de plantas muertas), se han invocado como mecanismos clave para su éxito, nadie ha explorado los eventos evolutivos contemporáneos. A lo largo de su historia.

En este artículo, los autores exploraron metodológicamente la evolución de las plantas y los hongos en un enfoque múltiple utilizando técnicas moleculares y bioinformáticas. Primero establecieron filogenias robustas, o historias evolutivas, para plantas y hongos de forma independiente, utilizando datos de secuencias de genes generados en sus laboratorios u obtenidos de repositorios de secuencias de genomas.

A continuación, estimaron las fechas de divergencia evolutiva de los linajes de plantas y hongos utilizando mutaciones genéticas y registros fósiles confiables. Luego computaron los principales cambios en las tasas de diversificación de los principales linajes en los dos reinos de forma independiente. Una vez que se realizaron estos estudios, las relaciones filogenéticas resultantes para las plantas y los hongos se alinearon en la misma escala de tiempo geológico, lo que permitió a los investigadores identificar los orígenes de varios eventos coevolutivos clave de plantas y hongos, en particular las relaciones simbióticas y la descomposición de las plantas por hongos. Notaron cambios drásticos en las tasas de diversificación en los dos reinos que demostraron convincentemente la coevolución e interdependencia de hongos en las plantas a lo largo de su larga historia.

Los autores informaron que la colonización fúngica de la tierra se asoció y ayudó con al menos dos originaciones de algas verdes terrestres, que precedieron al origen de las plantas terrestres. Esto coincidió con la pérdida, ca. Hace 720 millones de años, del flagelo fúngico, un apéndice con forma de pestañas que ayuda a los hongos a nadar en el agua.

A la inversa, muchos millones de años más tarde, durante la Era Paleozoica, la colonización exitosa de la tierra por el linaje que eventualmente dio origen a todas las plantas terrestres que viven en la actualidad probablemente fue facilitada por hongos, específicamente a través de la ocupación fúngica de las células de las plantas terrestres más antiguas, promoviendo el mutualismo, Lo cual fue clave para el éxito de las plantas y los hongos en tierra.

Uno de los eventos biológicos, ecológicos y ambientales significativos en la Tierra es el origen y la diversificación inicial de un linaje que contiene todas las plantas que producen semillas. Las plantas de semillas, que incluyen coníferas y plantas con flores, surgieron durante el Período Silúrico hace aproximadamente 436 millones de años. Significativamente, uno de los rasgos distintivos de este linaje de plantas fue la presencia de un tipo distintivo de división celular que dio origen a la madera. Esto llevó a la evolución de los grandes árboles leñosos, que a su vez, dieron como resultado el establecimiento de los primeros bosques del interior basados ​​en madera rica en lignina como su espina dorsal.

Tal movimiento no podría haber tenido éxito sin la evolución asociada con los hongos y su capacidad para digerir la lignina de polímero estructural y las celulas de las células de la planta. Esta novedad evolutiva fue instrumental en el reciclaje de materia orgánica, lo que llevó a que el sistema forestal se mantuviera. El origen y la diversificación temprana del linaje de la planta de semilla fueron seguidos por la evolución de las clases más grandes de hongos, los Agaricomycetes.

El origen de los hongos ectomicorrícicos (hongos asociados externamente con las raíces de las plantas) parece haber sido el resultado de una serie de innovaciones evolutivas en las plantas, incluidos los orígenes de la madera, las semillas y las raíces. Estos eventos evolutivos resultantes fueron cruciales para promover la diversificación que lleva a las plantas semilleras existentes, incluidas las plantas que contienen conos, como pinos, abetos, parásitos y cícadas, así como las plantas con flores y su expansión a ambientes más secos.

El último grupo, además de incluir la mayoría de las especies de plantas vivas y los principales ecosistemas, como los bosques y los pastizales, también abarca una diversidad asombrosa en forma y función y proporciona casi todas nuestras plantas de alimentos. Los hongos ectomicorrizales forman una relación simbiótica con las plantas y pueden producir redes alrededor de las raíces de las plantas para ayudar en la captación de agua y nutrientes, a menudo ayudando a la planta huésped a sobrevivir condiciones climáticas adversas.

La macroevolución de plantas y hongos se ha estudiado principalmente por separado; sin embargo, este estudio demuestra claramente que sus respectivas historias evolutivas están profundamente interconectadas y se pueden entender solo a través de un estudio simultáneo de sus filogenias dentro de un marco temporal sólido.

Se espera que lo mismo sea válido para la evolución del reino animal , un grupo altamente dependiente de las plantas fotoautotróficas, así como de los microorganismos en general.

Más información: François Lutzoni et al, Radiaciones contemporáneas de hongos y plantas vinculadas a la simbiosis, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038 / s41467-018-07849-9 

Referencia del diario: Nature Communications  

Proporcionado por: Virginia Tech


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