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Las plantas utilizan una combinación de influencias externas para desarrollar mecanismos de defensa

Las plantas utilizan una combinación de influencias externas para desarrollar mecanismos de defensa.
Una imagen de Arabidopsis thaliana ( A. thaliana ), un tipo de berro. Crédito: dominio público

Las plantas desarrollan sustancias químicas de defensa especializadas a través de los efectos combinados de los genes, la geografía, la demografía y las condiciones ambientales, según un estudio publicado hoy en los informes de eLife .


por eLife


Los hallazgos revelan un patrón en los tipos de productos químicos de defensa que producen las plantas en Europa y describen algunos de los procesos evolutivos que los crean.

Como las plantas son organismos inmóviles, dependen de la producción de sustancias químicas de defensa llamadas metabolitos especializados para sobrevivir. Los metabolitos especializados tienen una amplia variación en su estructura, como el número de moléculas de carbono y los otros grupos químicos que se unen a esas moléculas de carbono. Cada planta en cada entorno tiene un perfil único de metabolitos especializados como resultado de la variación genética que se ha desarrollado durante años por diferentes procesos y eventos evolutivos.

«Ya sabemos que las presiones ambientales como el tipo de herbívoros que se alimentan de las plantas influyen en los metabolitos especializados que producen las plantas «, explica la primera autora Ella Katz, investigadora postdoctoral del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de California, Davis, EE. UU. «Queríamos entender cómo la intersección de la presión ambiental, la demografía y la complejidad genómica da lugar al patrón de variación metabólica en una especie de planta «.

Para hacer esto, el equipo midió la variación en metabolitos especializados en una población de casi 800 muestras de semillas de la especie de planta Arabidopsis thaliana ( A. thaliana ), un tipo de berro, extraídas de toda Europa.

Observaron tres ubicaciones en el genoma de la planta que se sabe que influyen en la capacidad de supervivencia de A. thaliana , así como en todo el genoma, para encontrar genes relacionados con el metabolito producción. Luego, agruparon cada gen en clases que representan tipos de metabolitos especializados, llamados quimiotipos. Esto les permitió ver qué quimiotipos eran más frecuentes en diferentes regiones de Europa y revelar patrones geográficos específicos. Por ejemplo, en Europa central y partes del norte de Europa, como Alemania y Polonia, hubo una gran variabilidad en los quimiotipos. Pero en el sur de Europa, incluida la Península Ibérica, Italia y los Balcanes, había dos quimiotipos predominantes que estaban claramente separados geográficamente.

A continuación, analizaron si estas diferencias geográficas en los quimiotipos estaban relacionadas con las condiciones climáticas y del paisaje. Asignaron a cada gen un valor ambiental en función de su ubicación, como la distancia a la costa, las precipitaciones en los meses más húmedos y secos y la temperatura de los meses más cálidos y fríos. También asignaron los genes a ubicaciones del norte o del sur, según su posición en relación con los Pirineos, los Alpes o las cadenas montañosas de los Cárpatos. Usando los quimiotipos más comúnmente encontrados, demostraron que las condiciones ambientales tenía diferentes relaciones con los quimiotipos que cambian según el área geográfica. Esto sugiere que la relación entre las condiciones ambientales y los metabolitos especializados varía en las diferentes regiones de Europa, por lo que, incluso si el clima más húmedo se vinculó con un determinado quimiotipo en el sur de Europa, esto no fue igual en el norte de Europa.

Finalmente, observaron cómo estos genes evolucionaron con el tiempo. Los rasgos genéticos pueden evolucionar independientemente dentro de una especie, llamada evolución convergente , o por evolución paralela, donde las especies responden a desafíos externos similares de manera similar. Descubrieron que la evolución genética en las tres ubicaciones más comunes del genoma estaba determinada por una combinación de eventos que recordaban la evolución paralela o convergente. Además, la presencia de variación en cada una de las tres ubicaciones también juega un papel en la configuración adicional de la evolución de los otros genes. Lo más probable es que esto se deba a que los efectos de diferentes metabolitos especializados pueden trabajar unos con otros para ayudar a la planta a sobrevivir.

«Nuestro trabajo proporciona una nueva perspectiva sobre la complejidad de las fuerzas y mecanismos que dan forma a la generación y distribución de metabolitos especializados y afectan la capacidad de la planta para sobrevivir en un entorno cambiante», concluye el autor principal Daniel Kliebenstein, profesor del Departamento de Ciencias Vegetales. , Universidad de California, Davis, y el Centro de Excelencia DynaMo, Universidad de Copenhague, Dinamarca. «El uso de una población de plantas más grande de otros lugares del mundo nos permitirá profundizar nuestra comprensión de los mecanismos evolutivos que determinan la variación en una población».



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