Actualmente hay más de 500,000 especies de plantas en el mundo. Todos evolucionaron de un antepasado común. Los investigadores ahora presentan los resultados de un proyecto único sobre la evolución de las plantas. Utilizando datos genéticos de 1.147 especies, el equipo creó el árbol evolutivo más completo para las plantas verdes hasta la fecha.
La historia y la evolución de las plantas se remontan a unos mil millones de años. Las algas fueron los primeros organismos en aprovechar la energía solar con la ayuda de cloroplastos. En otras palabras, fueron los primeros organismos vegetales en realizar la fotosíntesis. Hoy en día, hay más de 500,000 especies de plantas, incluidas las plantas acuáticas y terrestres. El objetivo del nuevo estudio en Nature fue desentrañar los fundamentos genéticos para este desarrollo. "Algunas especies comenzaron a emerger y evolucionar hace varios cientos de millones de años. Sin embargo, hoy tenemos las herramientas para mirar hacia atrás y ver qué sucedió en ese momento", explica el profesor de fisiólogos de plantas Marcel Quint del Instituto de Ciencias Agrícolas y Nutricionales en MLU
Quint lidera un subproyecto con el bioinformático Profesor Ivo Grosse, también de MLU, como parte de la "Iniciativa de los mil transcriptomos de la planta", una red global de unos 200 investigadores. El equipo recolectó muestras de 1.147 especies de plantas terrestres y algas para analizar los patrones de expresión génica (transcriptoma) de todo el genoma de cada organismo. Utilizando estos datos, los investigadores reconstruyeron el desarrollo evolutivo de las plantas y la aparición de especies individuales. Se centraron en especies de plantas que, hasta el momento, no se han estudiado a este nivel, incluidas numerosas algas, musgos y también plantas con flores.
"Este fue un proyecto muy especial porque no solo analizamos componentes individuales, sino transcriptomos completos, de más de mil plantas, proporcionando una base mucho más amplia para nuestros hallazgos", explica Ivo Grosse. El subproyecto liderado por científicos de MLU analizó el desarrollo y la expansión de grandes familias de genes en las plantas. "Algunas de estas familias de genes se han duplicado en el transcurso de millones de años. Este proceso podría haber sido un catalizador para la evolución de las plantas: tener significativamente más material genético podría liberar nuevas capacidades y características completamente nuevas", dice Marcel Quint. Uno de los objetivos principales del proyecto era identificar una conexión potencial entre las duplicaciones genéticas y las innovaciones clave en el reino vegetal, como el desarrollo de flores y semillas. Quint y Grosse llevaron a cabo su investigación en colaboración con científicos de las universidades de Marburg, Jena y Colonia, y el Instituto Max Planck de Biología Evolutiva en Plön. La mayoría de los análisis fueron realizados por Martin Porsch, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Ivo Grosse.
Los investigadores utilizaron el conjunto de datos completo para crear un nuevo árbol evolutivo para las plantas. Muestra que uno de nuestros supuestos anteriores sobre la evolución de las plantas era inexacto: "Solíamos pensar que la mayor expansión genética había ocurrido durante la transición a las plantas con flores. Después de todo, este grupo contiene la mayoría de las especies de plantas existentes hoy en día". dice Martin Porsch. Sin embargo, los nuevos datos revelan que las bases genéticas para esta expansión de la biodiversidad se habían establecido mucho antes. "La transición de las plantas acuáticas a las terrestres fue el punto de partida para todos los desarrollos genéticos adicionales. Este desarrollo fue el mayor desafío para las plantas, por lo que necesitaban más innovaciones genéticas que nunca antes", continúa Porsch. "Encontramos un enorme aumento en la diversidad genética en el momento de esta transición, después de eso alcanzó una meseta. A partir de este momento, casi todo el material genético estaba disponible para impulsar el progreso evolutivo y generar la biodiversidad que vemos hoy", concluye Ivo Grosse. Según los investigadores, la gran expansión de las plantas con flores solo comenzó muchos millones de años después porque, entre otras cosas, había una falta de condiciones ambientales adecuadas durante mucho tiempo. Además, como la evolución no es un proceso planificado, ciertos potenciales genéticos solo se manifestaron mucho más tarde, o nada en absoluto.
Enlace al trabajo de investigación: One Thousand Plant Transcriptomes and Phylogenomics of Green Plants. Nature, 2019
Quint lidera un subproyecto con el bioinformático Profesor Ivo Grosse, también de MLU, como parte de la "Iniciativa de los mil transcriptomos de la planta", una red global de unos 200 investigadores. El equipo recolectó muestras de 1.147 especies de plantas terrestres y algas para analizar los patrones de expresión génica (transcriptoma) de todo el genoma de cada organismo. Utilizando estos datos, los investigadores reconstruyeron el desarrollo evolutivo de las plantas y la aparición de especies individuales. Se centraron en especies de plantas que, hasta el momento, no se han estudiado a este nivel, incluidas numerosas algas, musgos y también plantas con flores.
"Este fue un proyecto muy especial porque no solo analizamos componentes individuales, sino transcriptomos completos, de más de mil plantas, proporcionando una base mucho más amplia para nuestros hallazgos", explica Ivo Grosse. El subproyecto liderado por científicos de MLU analizó el desarrollo y la expansión de grandes familias de genes en las plantas. "Algunas de estas familias de genes se han duplicado en el transcurso de millones de años. Este proceso podría haber sido un catalizador para la evolución de las plantas: tener significativamente más material genético podría liberar nuevas capacidades y características completamente nuevas", dice Marcel Quint. Uno de los objetivos principales del proyecto era identificar una conexión potencial entre las duplicaciones genéticas y las innovaciones clave en el reino vegetal, como el desarrollo de flores y semillas. Quint y Grosse llevaron a cabo su investigación en colaboración con científicos de las universidades de Marburg, Jena y Colonia, y el Instituto Max Planck de Biología Evolutiva en Plön. La mayoría de los análisis fueron realizados por Martin Porsch, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Ivo Grosse.
Los investigadores utilizaron el conjunto de datos completo para crear un nuevo árbol evolutivo para las plantas. Muestra que uno de nuestros supuestos anteriores sobre la evolución de las plantas era inexacto: "Solíamos pensar que la mayor expansión genética había ocurrido durante la transición a las plantas con flores. Después de todo, este grupo contiene la mayoría de las especies de plantas existentes hoy en día". dice Martin Porsch. Sin embargo, los nuevos datos revelan que las bases genéticas para esta expansión de la biodiversidad se habían establecido mucho antes. "La transición de las plantas acuáticas a las terrestres fue el punto de partida para todos los desarrollos genéticos adicionales. Este desarrollo fue el mayor desafío para las plantas, por lo que necesitaban más innovaciones genéticas que nunca antes", continúa Porsch. "Encontramos un enorme aumento en la diversidad genética en el momento de esta transición, después de eso alcanzó una meseta. A partir de este momento, casi todo el material genético estaba disponible para impulsar el progreso evolutivo y generar la biodiversidad que vemos hoy", concluye Ivo Grosse. Según los investigadores, la gran expansión de las plantas con flores solo comenzó muchos millones de años después porque, entre otras cosas, había una falta de condiciones ambientales adecuadas durante mucho tiempo. Además, como la evolución no es un proceso planificado, ciertos potenciales genéticos solo se manifestaron mucho más tarde, o nada en absoluto.