Las trampas eficaces para las utricularias pueden tener como consecuencia un menor tamaño del genoma

Las especies de plantas carnívoras utricularias, pináculos y droseras albergan algunos de los genomas más pequeños que se encuentran en las plantas con flores. Los investigadores se han preguntado durante mucho tiempo qué factores genéticos o ambientales contribuyen a estos genomas de plantas en miniatura y ahora, un equipo de científicos descubrió que Una única mutación se correlaciona con la reducción del tamaño de los genomas y la impulsa. en algunas especies carnívoras de la familia Lentibulariaceae. Los resultados fueron publicados recientemente en Annals of Botany.

Las mitocondrias son los orgánulos que producen energía dentro de las células. Los investigadores se centraron en una mutación en un gen llamado citocromo c oxidasa (COX), que codifica una enzima fundamental para que las mitocondrias generen energía a través de la respiración celular. Plantearon la hipótesis de que la mutación de COX aumenta la eficiencia mitocondrial, lo que proporciona una ventaja a las plantas carnívoras que dependen de trampas de succión para atrapar a sus presas. Sin embargo, la mutación puede tener un costo al aumentar la producción de moléculas dañinas llamadas especies reactivas de oxígeno (ROS) como subproducto de la respiración.

Para probar esta idea, el equipo con sede en la Universidad Masaryk recopiló datos del tamaño del genoma y mediciones de cromosomas de más de 100 especies de los tres géneros que componen la familia carnívora Lentibulariaceae: Genlisea, pinguicula y utriculariaTambién aislaron y analizaron la secuencia del gen COX de cada especie para identificar si eran portadores de la versión ancestral o mutada. Mediante análisis estadísticos, los investigadores evaluaron si los patrones en los datos respaldaban la mutación COX que impulsaba genomas vegetales más pequeños a lo largo del tiempo evolutivo.

Sus hallazgos proporcionan evidencia convincente de que la mutación COX contribuye a la reducción del tamaño del genoma en estas plantas carnívoras. Las especies con el gen COX mutado tenían sistemáticamente genomas y cromosomas más pequeños en comparación con las que conservaban la secuencia ancestral. El modelo filogenético también reveló que los genomas de los portadores de la mutación COX tendían a volverse progresivamente más pequeños como respuesta evolutiva.

Los investigadores creen que el aumento de los niveles de ROS resultante de la mutación COX supera la capacidad de reparación del ADN de las plantas, lo que conduce a mayores tasas de deleciones genómicas a lo largo de las generaciones. A medida que se eliminan gradualmente las regiones no esenciales, los genomas de las plantas se reducen de tamaño. Si bien la mejora de la función mitocondrial beneficia a las trampas para carnívoros, este ajuste genético tiene el costo de desestabilizar el genoma.

Nuestros hallazgos indican que todo el género utricularia y las secciones Recurvatae y Genlisea del género Genlisea albergan mutaciones CC o CS en el gen COX… La observación de que estos linajes de Lentibulariaceae tienden a desarrollar tamaños de genoma más pequeños en comparación con aquellos con el estado LS ancestral (género pinguicula, Genlisea La sección Tayloria se alinea con la hipótesis de que los cambios en la secuencia COX elevan la producción de ROS, incrementando el daño al ADN y fomentando la reparación del ADN sesgada por deleción, culminando en la contracción del genoma.

Al descubrir cómo una única mutación mitocondrial afecta la evolución del genoma, este estudio arroja luz sobre las complejas compensaciones genéticas y ambientales que configuran las especies. Ilustra cómo incluso cambios sutiles en los procesos celulares pueden tener un efecto dominó en todo el genoma de un organismo a lo largo de escalas de tiempo evolutivas. El trabajo también destaca a las plantas carnívoras como modelos genéticos intrigantes y subraya las mutaciones mitocondriales como un factor poco apreciado del cambio del genoma. La exploración continua de este sistema único puede revelar más hallazgos inesperados.

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Zedek F., Šmerda J., Halasová A., Adamec L., Veleba A., Plačková K. and Bureš P. (2024) “The smallest angiosperm genomes may be the price for effective traps of bladderworts” Annals of Botany. Available at: https://doi.org/10.1093/aob/mcae107