En el este de España (y en muchos otros lugares si te fijas) puedes encontrar Mercurialis annua, una planta con una vida sexual complicada. Un nuevo artículo de Wen-Juan Ma y sus colegas examinan dos especies poliploides que se formaron después Mercurialis annua Hibridó, duplicó su genoma y se volvió poliploide.

El papel, Una nueva especie biológica en el complejo poliploide de Mercurialis annua: divergencia funcional en la morfología de las inflorescencias y esterilidad híbrida, examina dos poblaciones hexaploides. Hexaploide significa que en lugar de tener un par de cromosomas, como una planta diploide, tiene tres pares.

Cuando los genomas se duplican, no es como si el genoma hubiera sido fotocopiado. Las interacciones se complican. El Dr. Wen-Juan Ma, un postdoctorado que trabaja con Profesor John Pannell, explicó que esto no significa que los poliploides de una misma planta deban poder cruzarse siempre. “Depende de muchos factores, uno de ellos es el nivel de ploidía. Los poliploides recientes con el mismo nivel de ploidía pueden cruzarse, independientemente de su origen evolutivo, pero la primera generación híbrida (F1) podría ser viable pero no fértil (lo que depende de la divergencia de las especies progenitoras para formar cada especie poliploide)”.

“No es del todo cierto que Mercurialis annua puede entrecruzarse. M. annua con varios niveles de ploidía podrían cruzar; los híbridos son viables pero en gran medida estériles (ver el artículo de Russell y Pannell 2015). Entonces, cualquier poliploide nuevo que descienda de ellos podría cruzarse, pero es probable que la descendencia híbrida sea estéril”.

El Dr. Ma y sus colegas encontraron que había buenas razones para examinar Mercurialis annuaLa descendencia de cerca. “Mercurialis annua es un sistema ideal para probar nuestras ideas porque dentro de este complejo de especies, tenemos variaciones en las inflorescencias de las flores, los sistemas sexuales, la variación del nivel de ploidía, ahora podemos probar el aislamiento reproductivo de individuos con el mismo nivel de ploidía pero con una inflorescencia masculina distintiva. también con posibles orígenes evolutivos diferentes.”

Imágenes de tres fenotipos sexuales diferentes de hexaploide M. annua
Imágenes de tres fenotipos sexuales diferentes de M. annua hexaploide: (a) un individuo macho, mostrando flores en pedúnculos; (b) un P– individuo monoico, con flores masculinas y femeninas sostenidas en las axilas de las hojas; y (c) un individuo monoico P+, con flores sostenidas en tallos de inflorescencia erectos, o 'pedúnculos'. Fotos: Xinji Li.

Las diferencias en la flor masculina son llamativas con las especies P+ sosteniendo sus flores en tallos o péndulos. Por el contrario, las especies P tienen flores subsésiles, lo que significa que se asientan directamente sobre el tallo. El Dr. Ma dijo: “Para las plantas polinizadas por el viento, la estructura de la inflorescencia de la flor masculina es importante para el éxito de la dispersión del polen. Por ejemplo, la especie poliploide P+ recién descubierta, con flores masculinas sobre pedúnculos erectos en lugar de la inflorescencia axilar subsésil que es más típica de la hexaploidia. M. annua como P-, ha demostrado que P+ aumenta significativamente la dispersión del polen y disfruta de un éxito mucho mayor en la reproducción (ver resultados de Santos del Blanco et al. 2019). "

Quizás se pregunte si la forma P+ es mucho mejor para dispersar su polen, ¿cómo puede persistir la forma P-? El Dr. Ma dijo: “Hicimos la misma pregunta en nuestro artículo. Dada la superioridad tanto en la producción de polen como en la capacidad de dispersión de los hermafroditas hexaploides P+ sobre los P–, podríamos esperar que, con el tiempo, el fenotipo P+ eventualmente desplace al fenotipo P– como resultado de un estancamiento de polen similar al que experimentan los hexaploides. P: linaje cuando se encuentra con diploide dioico M. annua (Buggs y Pannell 2006).

Ser inundado por polen de la morfología opuesta es una mala noticia para una planta. Si bien las dos plantas pueden intercambiar polen, no produce resultados a largo plazo. “Las diferencias genéticas entre las especies P+ y P- pueden ser mayores o iguales que las diferencias fenotípicas, los individuos híbridos entre P+ y P- son viables (la biomasa es incluso mayor que la de las especies parentales P+ y P-), pero son en gran parte estériles, ya que apenas producen semillas y el polen no parece fertilizar muy bien las flores femeninas”.

La clave del aislamiento entre las especies parece ser el proceso que las creó en primer lugar. El Dr. Ma dijo: “Cuando una planta se vuelve poliploide, en unas pocas generaciones, la especie poliploide puede pasar por una tasa acelerada de reorganización del genoma y otros procesos mutacionales que siguen a la hibridación y la duplicación del genoma.

“No es sencillo caracterizar tales procesos en especies poliploides establecidas desde hace mucho tiempo, pero el análisis de los descendientes inmediatos de los poliploides sintéticos ha revelado que pueden ser dramáticos. Por ejemplo, Song y col. (1995) observaron cambios en los patrones de fragmentos de restricción en cada una de las primeras generaciones después de sintetizar poliploides de varios Brassica especies, atribuyendo estos cambios a reordenamientos cromosómicos, mutaciones puntuales, conversión de genes y metilación del ADN.

El Dr. Ma considera que este es un paso que podría llevar a los investigadores por muchos caminos mientras estudian la poliploidización y la evolución de los sistemas sexuales. “Se pueden tomar muchas otras direcciones, por ejemplo, usando una gran cantidad de marcadores de todo el genoma y más muestras, podríamos establecer con más confianza los caminos evolutivos que llevaron al origen de los dos linajes de hexaploidia, podríamos distinguir entre linajes incompletos clasificación e introgresión del genoma; Deberíamos volver a investigar la taxonomía y la sistemática del género. Mercurialis."

El Dr. Ma concluyó: “Este documento es relevante para las personas que trabajan en especiación, poliploidización, hibridación, evolución del sistema sexual de las plantas y evolución de la reproducción de las plantas. Nuestra investigación muestra que las distintas historias evolutivas de dos linajes hexaploides de M. annua han contribuido a la notable diversidad reproductiva del complejo de especies. Parece probable que la interferencia reproductiva entre ellos eventualmente conduzca al desplazamiento de un linaje por el otro a través del estancamiento del polen. Entonces, si bien la poliploidización puede contribuir a la especiación, la diversificación también podría verse comprometida por la interferencia reproductiva”.