Cómo la duplicación de genes condujo a la evolución de los espolones de néctar

Las flores de Tropaeolaceae tienen una característica peculiar: un espolón de néctar formado por la base hinchada del tubo floral, que crece solo en un lado de la flor. Una nueva investigación publicada en el Annals of Botany por Sebastián Martínez-Salazar y colegas revelaron que la duplicación del gen TCP4 en el linaje Tropaeolaceae parece tener permitió la aparición de sus exclusivos espolones de néctar.

La familia de plantas con flores Tropaeolaceae, originaria de América del Sur y Central, se distingue por sus coloridas flores en forma de trompeta. Pero lo que hace que estas flores sean verdaderamente únicas es su espolón de néctar, una proyección larga y delgada que sirve como fuente de alimento para los polinizadores. Este espolón de néctar se forma mediante la expansión tardía y la salida de la región de la base fusionada del tubo perianal (tejidos que rodean los órganos reproductivos). Excepcionalmente, el espolón se forma en el lado del tubo que mira hacia el tallo de la inflorescencia, conocido como lado adaxial. Sin embargo, aún se desconocen los mecanismos genéticos detrás de la evolución de este espolón. 

El equipo de investigación investigó el desarrollo de estos espolones rastreando qué genes se activan y desactivan durante la formación de la flor. Específicamente, se centraron en genes que se sabe que controlan las diferencias entre los lados adaxial y abaxial de las plantas, incluidos TCP y KNOX Factores de transcripción que regulan el crecimiento. También rastrearon la expresión del HISTONA H4 gen, un marcador de la actividad de división celular. 

Curiosamente, descubrieron un TCP4 homólogo que actuó simultáneamente con la iniciación y elongación del espolón. Aún más curioso, las Tropaeolaceae parecían haber experimentado una duplicación de sus TCP4 gen temprano en su historia evolutiva, dejándolos con dos copias casi idénticas llamadas TCP4L1 y TCP4L2.  

Comparando la actividad de estas copias en la especie modelo. Tropaeolum longifolium, los investigadores encontraron que ambos son activos en los tejidos superficiales de las inflorescencias en desarrollo y los botones florales jóvenes. Sin embargo, sólo TCP4L2 mostró expresión restringida al lado adaxial del tubo floral, coincidiendo con los primeros signos de crecimiento del espolón.  

Más adelante, sólo TCP4L2 Se encontró dentro del tejido del espolón productor de néctar. parece el TCP4L Los genes originalmente funcionaban ampliamente en el desarrollo epidérmico basándose en su expresión temprana. Sin embargo, después de la duplicación, una de las copias (TCP4L2) asumió el papel de estímulo de iniciación y promoción. En su artículo, Martínez-Salazar y sus colegas dicen: "Estos resultados sugieren que la copia del gen TCP4L2 de Tropaeolaceae podría haber adquirido un papel en la iniciación del estímulo y el desarrollo del nectario después de la duplicación del gen, lo que concuerda con un evento de neofuncionalización". 

Ampliando este trabajo a su grupo de plantas hermanas Akaniaceae, que también duplicó TCP4L de forma independiente pero carente de espuelas, ayudará a desentrañar cómo evolucionó esta extraña característica. Descubrir los mecanismos genéticos que transforman simples tubos florales en espolones portadores de néctar podría proporcionar información sobre el origen de la novedad floral. 

LEA EL ARTÍCULO: 

Martínez-Salazar S., Kramer EM, González F. y Pabón-Mora N. (2023) “Spatio-temporal expression of candidate genes for nectar spur development in Tropaeolum (Tropaeolaceae: Brassicales)" Annals of Botany. Disponible en: https://doi.org/10.1093/aob/mcad164

Cubierta Tropaeolum tuberosum. Imagen: Teresa Grau Ros / Wikimedia Commons