Los bloques masivos de genes, heredados juntos al estilo 'plug and play', pueden desempeñar un papel más importante en la adaptación evolutiva de lo que se pensaba anteriormente, según una nueva investigación en Naturaleza .
Los biólogos identificaron 37 de estos llamados 'supergenes' en las poblaciones de girasol silvestre y descubrieron que gobiernan la transferencia modular de una amplia gama de rasgos importantes para la adaptación a los hábitats locales. Estos incluyen el tamaño de la semilla, el momento de la floración, así comola capacidad de soportar tensiones ambientales como la sequía o la disponibilidad limitada de nutrientes, entre muchos otros.
"Estábamos bastante sorprendidos", dice el genetista Marco Todesco de la Universidad de Columbia Británica UBC. "Los casos en los que los supergenes individuales controlaban rasgos adaptativos habían sido reportados anteriormente, pero no estaba claro si eran la regla o simplemente un pequeñonúmero de excepciones impares. Lo que descubrió es que los supergenes tienen un papel dominante en la adaptación y pueden ser verdaderamente masivos ".
El más grande de los supergenes identificados en el estudio está compuesto por más de 100 millones de pares de bases más grandes que muchos cromosomas humanos y 1,819 genes.
El estudio podría ayudar a resolver una pregunta sin respuesta por la teoría de la selección natural de Darwin, a saber, cómo las poblaciones de organismos que viven juntas y se aparean entre sí todavía pueden adaptar rasgos únicos y divergir en especies separadas.
"Inicialmente, los biólogos evolutivos creían que era necesario el aislamiento geográfico entre las poblaciones para diferenciarse en razas ecológicas o especies separadas", dice Loren Bieseberg, bióloga evolutiva de la UBC. "Pero investigaciones recientes muestran que las poblaciones que existen lado a lado pueden, y lo hacen, diferenciar "
"Los rasgos que gobiernan tal diferenciación a menudo parecen heredarse juntos como supergenes a pesar del intercambio genético con poblaciones cercanas no adaptadas. En muchos casos, las plantas pueden adaptarse a un nuevo entorno al tomar prestado un supergen o dos de unespecies relacionadas que ya están adaptadas "
Ejemplos de hábitats en los que los supergenes desempeñaron un papel importante en la adaptación de las especies de girasol incluyen la llanura costera de Texas, las dunas de arena y las islas de barrera costeras del Golfo de México. En este último caso, un supergen de 30 millones de pares de bases controla unDiferencia en el tiempo de floración de más de dos meses y medio entre los girasoles adaptados a las islas de barrera de Texas y las llanuras costeras. La versión de floración temprana del supergen encontrado en las poblaciones de islas de barrera vino originalmente del girasol común.
En algunos casos, la especie donante para el supergen podría estar extinta. "Lo que creemos que podría haber sucedido es que una especie llega a un nuevo hábitat, 'roba' supergenes adaptativos de una especie relacionada local, y luego reemplaza esa especie,"dice Todesco." Podríamos llamar a esto un 'supergen fantasma', la contribución persistente de una especie que ya no existe ".
Debido a su diversidad y capacidad para adaptarse también a hábitats inhóspitos, los girasoles silvestres se han convertido en un sistema modelo para estudios evolutivos.
"Genome BC ha estado invirtiendo en este trabajo desde 2009", dice Lisey Mascarenhas, Directora del Sector, Recursos Agroalimentarios y Naturales en Genome BC. "Una convergencia de visión, inversiones estratégicas y liderazgo científico ha ayudado a impulsar las innovaciones en la investigación genómica del girasol"eso tendrá implicaciones significativas para la seguridad alimentaria y continuará atrayendo inversiones globales a BC ".
Los investigadores secuenciaron los genomas de más de 1,500 plantas de tres especies de girasol silvestre: el girasol común Helianthus annuus, el girasol de la pradera Helianthus petiolaris y el girasol de hoja plateada Helianthus argophyllus. Luego analizaron las asociaciones entre las variantes genéticas ymás de 80 rasgos que monitorearon durante el crecimiento de las plantas, así como con el suelo y el clima de sus poblaciones de origen. El resultado es la demostración más grande y completa hasta la fecha de las variantes estructurales: reordenamientos de la estructura cromosómica que son en gran medidaresponsable de crear los supergenes en primer lugar: desempeñar un papel fundamental y generalizado en la adaptación y la especiación.
Además de los supergenes, el estudio también identificó numerosos genes independientes que parecen conferir resistencia al estrés ambiental que enfrentan los girasoles silvestres, incluida la sequía, el calor y el estrés bajo en nutrientes. Estos genes independientes serán invaluables para los cultivadores de girasol a medida que desarrollen cultivareseso puede tolerar las condiciones de crecimiento más extremas predichas bajo el cambio climático futuro. Desde un punto de vista agrícola, ofrecen más flexibilidad que los supergenes.
"Debido a que funcionan como un paquete, la introducción de un supergen en un girasol cultivado significaría trasladar los rasgos beneficiosos y perjudiciales asociados con él", dice Todesco. "Si bien los supergenes contienen varios genes que podrían ser beneficiosos en un entorno agrícola,también contienen cientos de otros genes, algunos de los cuales podrían no ser tan beneficiosos en un cultivo. Por ejemplo, al reducir el rendimiento o modificar el contenido de aceite de las semillas ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Columbia Británica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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