Los investigadores de MSU han rastreado la evolución de los genomas de la menta para posibles aplicaciones futuras que van desde medicamentos hasta pesticidas y antimicrobianos.
por Emilie Lorditch, Universidad Estatal de Michigan
La familia de hierbas de la menta, que incluye salvia, romero, albahaca e incluso plantas leñosas como la teca, ofrece una sacudida vigorizante a nuestros sentidos del olfato y el gusto. Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan han descubierto que estas plantas han diversificado sus características naturales especializadas a través de la evolución de su química.
«La gente reconoce fácilmente a los miembros de la familia de la menta por sus metabolitos especializados», dijo Björn Hamberger, profesor asociado y James K. Billman Jr., MD, Profesor Dotado en la Facultad de Ciencias Naturales. «Los metabolitos son una forma eficiente para que las plantas se defiendan porque no pueden huir».
Desde 2016, Hamberger ha estado estudiando metabolitos especializados en plantas llamados terpenoides, que son esenciales para proteger las plantas de depredadores y patógenos y también son ingredientes comunes en agroquímicos, antioxidantes, cosméticos y fragancias verdes y sostenibles.
Hamberger trabajó con Robin Buell, un ex investigador de genómica de MSU ahora en la Universidad de Georgia, quien secuenció varios genomas de plantas de menta. Esta colaboración con el equipo de Buell llevó a los estudiantes graduados de Hamberger, Abigail Bryson y Emily Lanier, a descubrir cómo han evolucionado varios genomas de la familia de la menta y cómo han surgido estas químicas en los últimos 60 a 70 millones de años.
«Durante millones de años, las plantas se han adaptado y evolucionado para sus nichos particulares donde prosperan, y eso significa que estas químicas son diversas y claramente se han ajustado a su entorno», dijo Hamberger. «Entonces, tratamos de identificar y descubrir vías hacia estos metabolitos especializados que producen las plantas».
Adoptando un enfoque interdisciplinario , Bryson identificó la organización genómica de la biosíntesis de terpenoides y Lanier analizó las vías químicas. Juntos, Lanier y Bryson descubrieron algo muy inusual en el genoma de las bayas de la familia de la menta. Tiene un gran grupo de genes biosintéticos. Un BGC es un grupo de genes ubicados muy juntos en el genoma que están involucrados en las mismas vías metabólicas . Estos genes son como las perlas individuales de un collar: separadas y, sin embargo, conectadas. Además, Bryson y Lanier encontraron variantes de este BGC en otras seis especies de la familia de la menta.
«Estamos aprendiendo que la ubicación física de los genes dentro del genoma es importante», dijo Bryson. «Puede impulsar la evolución de vías metabólicas especializadas en la planta, lo que lleva a una gran diversidad de compuestos vegetales naturales interesantes».
Los BGC son bien conocidos en el mundo bacteriano, pero su papel en las plantas no se comprende completamente. El grupo BGC de la planta beautyberry contiene genes que codifican dos vías terpenoides distintas. El equipo descubrió que estos terpenoides se acumulan en varias partes de la planta, como las hojas y las raíces, y pueden desempeñar distintos roles en la adaptación.
«Es la misma molécula base, pero cada especie está haciendo su propia versión y modificándola de diferentes maneras para satisfacer sus necesidades de supervivencia», dijo Lanier.
Hamberger lo describe como una receta de la que todos tienen una copia y la modifican para adaptarla a sus requisitos y preferencias.
Investigaciones anteriores han llevado a usos médicos únicos para las plantas de menta. Por ejemplo, el coleo indio se puede utilizar como tratamiento natural para el glaucoma y la salvia de Texas es un antimicrobiano natural eficaz contra la tuberculosis. Las nuevas adaptaciones moleculares que Hamberger y su equipo han descubierto abren la puerta a futuras aplicaciones de productos vegetales naturales de la familia de la menta.
«Nuestro equipo ha estado entusiasmado con las oportunidades dentro de la familia de la menta «, dijo Hamberger. «Esas enzimas de menta, como en la planta de bayas americanas, nos dan la capacidad de hacer productos naturales de plantas en el laboratorio, incluidos, con suerte en el futuro, repelentes de mosquitos naturales con buen olor».
La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.
Más información: Abigail E. Bryson et al, Descubrir un grupo de genes biosintéticos de miltiradieno en Lamiaceae revela una trayectoria evolutiva dinámica, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-35845-1
