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Nuevo conjunto de sondas desentraña la historia evolutiva del segundo grupo más diverso de plantas terrestres

Nuevo conjunto de sondas desentraña la historia evolutiva del segundo grupo más diverso de plantas terrestres
Las plantas flageladas son un grupo diverso con más de 30,000 especies vivas, incluidos helechos, licófitos, briófitos y gimnospermas. Crédito: Emily Sessa.

En 2016, un grupo colaborativo de especialistas en investigación y educación recibió financiamiento de la National Science Foundation para el proyecto ‘Construyendo una historia evolutiva integral de plantas flageladas’, también conocido como ‘Genealogía de plantas flageladas’ (GoFlag).


por la Sociedad Botánica de América


Los miembros del equipo tienen el ambicioso objetivo de reconstruir la historia de 470 millones de años de uno de los grupos de plantas terrestres más diversos del planeta.

La primera de varias publicaciones futuras del proyecto se publicó en un número reciente de Applications in Plant Sciences . En su artículo inaugural, los investigadores informan sobre el desarrollo exitoso de 451 sondas de enriquecimiento de blancos nucleares, que corresponden a loci cortos y variables.

Al crear un conjunto estándar de sondas disponibles públicamente, los miembros del proyecto GoFlag tienen como objetivo proporcionar a los investigadores de todo el mundo los medios para reconstruir las relaciones entre un grupo diverso de plantas con más de 30.000 especies vivas, incluidos helechos, licófitos, briofitas y gimnospermas. .

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Aunque son parientes lejanos, todas las plantas flageladas tienen espermatozoides nadadores que dependen del agua para la fertilización. Fueron las primeras plantas que crecieron en la tierra, y durante más de 300 millones de años, fueron las únicas plantas terrestres en la Tierra, desde diminutos musgos y hornworts hasta altísimas cícadas y helechos arborescentes.

Debido al gran tamaño del grupo y su larga historia evolutiva, repleta de estallidos lentos y rápidos de diversificación y extinción, resolver sus relaciones ha sido una tarea desafiante para los sistemáticos que se remontan a Linneo.

«Nuestra principal esperanza es que estos nuevos datos ayuden a hacer crecer el árbol de las plantas terrestres flageladas», dijo Gordon Burleigh, profesor asociado de la Universidad de Florida e investigador principal del proyecto. «Nuestro conjunto de sondas ayudará a agregar algo de la enorme cantidad de taxones de plantas terrestres flageladas poco estudiadas y, en muchos casos, sin muestrear previamente».

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Un equipo de más de 20 coautores contribuyentes asumió la tarea de reunir muestras, con un equipo central que desarrolló el conjunto de sondas y dio un primer paso para evaluar su eficacia mediante la construcción de un árbol filogenético con un grupo representativo de especies de plantas flageladas.

«Este ha sido un esfuerzo verdaderamente interdisciplinario», dijo Burleigh. «Los biólogos computacionales ayudaron a diseñar las sondas y la línea de procesamiento de datos, los genetistas de laboratorio diseñaron los protocolos y generaron los datos, y varios botánicos extremadamente capacitados recolectaron y validaron muestras de todo el mundo».

Las sondas de ARN 451 resultantes codifican el ADN nuclear, lo que agrega una dimensión adicional de utilidad y valor. Dado que los genes nucleares se heredan de forma biparental en muchas plantas flageladas, los investigadores pueden utilizar el conjunto de sondas para identificar híbridos y patrones de evolución reticulada, que serían imposibles de discernir con los loci de plastidios más utilizados.

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«Con los loci nucleares, podemos obtener estimaciones independientes de la filogenia que se pueden utilizar para dilucidar algunas de las complejidades de la evolución de las plantas que con demasiada frecuencia no se exploran en los estudios filogenéticos de las plantas», dijo Burleigh.

Las sondas también son de copia única o baja, lo que significa que una especie determinada tiene solo una o unas pocas copias de la parte del gen que se dirige. Esto es especialmente importante en un grupo como los helechos, que tiene algunas de las tasas más altas de duplicación del genoma en el reino vegetal. Las sondas de copia única evitan el problema de amplificar varias copias de genes del mismo individuo, lo que puede entorpecer los análisis posteriores y agregar ambigüedad a los conjuntos de datos.

Las sondas en sí mismas no solo se corresponden con loci variables, sino que también pueden usarse para recuperar regiones flanqueantes de la secuencia objetivo, que tienden a ser aún más variables entre especies. Por lo tanto, el conjunto de sondas tiene el potencial de resolver bifurcaciones filogenéticas profundas que se remontan a cientos de millones de años, pero también puede ayudar a desentrañar las relaciones entre especies que evolucionaron durante eventos de diversificación rápidos y recientes.

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Con el diseño del conjunto de sondas completo, los miembros del equipo de GoFlag y la comunidad de sistemática de plantas lo están utilizando para construir árboles filogenéticos de plantas flageladas que incluirán miles de especies y se complementarán aún más con un compendio de datos fósiles y de rasgos. Un equipo de educación está desarrollando al mismo tiempo módulos de enseñanza interactivos basados ​​en la web sobre temas de biodiversidad vegetal, presentando plantas flageladas y su importancia en los ecosistemas globales y la evolución de las plantas.

Cuando el trabajo esté completo, ofrecerá a los investigadores una mirada incomparable a la historia de la evolución de las plantas terrestres. Pero al hacer que su conjunto de sondas esté disponible gratuitamente, el equipo de GoFlag proporciona algo aún más importante: han creado un proyecto colaborativo continuo, un conjunto de datos maleable al que los científicos de diversas disciplinas pueden agregar y participar.




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