Periódicamente, las plantas pueden someterse a una duplicación del genoma completo (WGD). Esto es cuando se copia todo el genoma. En los humanos, tenemos un par de cromosomas en nuestro genoma, lo que nos hace diploid Una planta diploide que se somete a una duplicación del genoma completo se convierte en tetraploid porque tiene cuatro cromosomas. Otras plantas pueden ser hexagonalaploide o incluso, en el caso de algunas fresas, octoploid Cualquier cosa por encima de un par de cromosomas se considera poliploide. Cuando ocurren estos eventos de duplicación, pueden suceder cosas extrañas en una planta y, de repente, puede adaptarse mucho mejor a un nicho. Pero, ¿cuál es la relación entre los eventos WGD y la evolución?

Xiao-Chen Huang y sus colegas han estado analizando eventos de mesopoliploidización en Brassicaceae. Meso- en el sentido de hace unos pocos millones de años en lugar de reciente (Neo-) o extremadamente antiguo (Paleo-). En particular, han estado observando los cambios de ritmo en la familia. Estos son la tasa de extinción, la tasa de especiación y la tasa neta de ambas. Si esta velocidad de especiación cambia, entonces ha habido un 'cambio de velocidad' y esto es lo que investigaron Huang y sus colegas.

Brassicaceae es una familia familiar, ya que algunas de las especies han sido domesticadas. Esta es la familia que tiene nabos, repollos y mostazas, pero el profesor Marcus Koch, de la Universidad de Heidelberg y coautor del artículo, explicó que hay mucho más en Brassicaceae. “Las Brassicaceae son conocidas por su presencia en ambientes hostiles (sal, alpino, ártico, metales pesados, etc.), y varios linajes muestran tasas de especiación muy altas, lo que las convierte en un excelente sistema de estudio para analizar este tipo de procesos evolutivos. Además, la familia tiene más de 4000 especies, lo que simplemente proporciona el poder estadístico para cualquier análisis”.

“Las Brassicaceae también son conocidas por sus muchas especies poliploides y durante mucho tiempo se pensó que la poliploidización per se podría ser un impulsor de la diversificación evolutiva posterior y la posterior especiación, la duplicación del genoma completo puede proporcionar la base genética para explorar nuevos entornos y desarrollar nuevos rasgos y caracteres bajo regímenes de selección cambiantes. Sin embargo, por el contrario, se ha debatido que los poliploides también podrían verse como "callejones sin salida" evolutivos.

“Hemos demostrado que en Brassicaceae ambos factores, la poliploidización pasada y los cambios de velocidad (p. ej., provocados por cambios ambientales) no están necesariamente vinculados; y ambos contribuyen a las altas tasas de especiación en Brassicaceae”.

Para ello, secuenciaron el ADN de los plástidos de las brasicáceas para elaborar una estructura evolutiva. Los plástidos son orgánulos, como los cloroplastos o los cromoplastos, que contienen pigmentos en la célula. Poseen su propio ADN y, por lo tanto, son independientes de los eventos de poliploidización en el núcleo celular, pero aun así pueden proporcionar su propia medida del tiempo evolutivo. Esto reveló que las brasicáceas comenzaron a divergir hace unos treinta millones de años, y que muchas de las tribus divergieron en los siguientes millones de años, durante el Mioceno. Esta estructura se ha utilizado para fundamentar filogenias individuales basándose en datos de secuencias de ADN codificadas en el núcleo que comprenden casi 2000 de las 4000 especies de la familia Brasicáceas.

Si bien la especie se sometió a duplicaciones del genoma completo durante este período, los autores también encontraron que podrían ocurrir cambios de velocidad sin estas duplicaciones. Le pregunté al profesor Koch si fue una sorpresa ver que las duplicaciones del genoma completo no impulsaban los cambios de velocidad. “Sí y no: una duplicación del genoma tiene muchos impactos severos en todo el sistema genético. Y también desde un punto de vista evolutivo el genoma tiene que estabilizarse (proceso de diploidización), para diversificarse posteriormente. Pero si este proceso ha tenido éxito, entonces este sistema podría estar posicionado para diversificarse mejor bajo nuevas condiciones ambientales”.

“Sin embargo, también las condiciones ambientales cambiantes pueden desencadenar una mayor especiación (sin una duplicación del genoma anterior). Y, por lo tanto, ambos procesos son independientes entre sí, pero podemos suponer que hay efectos aditivos”.

El Mioceno fue una época que condujo a un enfriamiento del planeta, antes del Plioceno cuando hubo una serie de Edades de Hielo. Estos cambios ambientales tuvieron un efecto en las especies de Brassicaceae. ¿Se puede utilizar el cambio climático pasado para predecir el futuro? Probablemente no según el profesor Koch. “Las escalas de tiempo que consideramos abarcan millones de años. El cambio climático actual (y muy rápido) está influyendo severamente extinción (en combinación con un aumento de nitrógeno, cambios en el paisaje, etc.), pero lo más probable es que el cambio ambiental no aumente la tasa de especiación en consecuencia. Esto significa que la tasa de especiación neta disminuirá rápidamente. Sin embargo, no podemos medir este proceso "en tiempo real", simplemente porque las nuevas especies evolucionan durante miles o decenas de miles de años. Por eso es tan importante y significativo reconstruir el pasado”.

Los autores escriben que hicieron tres hallazgos clave en su investigación:

“(1) Se observan cambios significativos en las tasas en 12 de las 52 tribus de Brassicaceae, que están desacopladas de las WGD mesopoliploides. Los cambios que se detectaron dentro de las tribus se distribuyeron aleatoriamente a lo largo del lapso de tiempo, lo que indica que ninguna época única contribuyó a un estallido importante en la diversificación de Brassicaceae. Sin embargo, el Plioceno-Pleistoceno está desempeñando un papel importante en la diversidad actual de Brassicaceae y destaca que la diversificación de Brassicaceae generalmente se ve favorecida por condiciones más frías y secas. Los ciclos glaciales/de desglaciación del Pleistoceno pueden haber contribuido al mantenimiento de la alta tasa de diversificación en Brassicaceae.
(2) El efecto combinado de una edad de copa más antigua y una tasa de diversificación neta más rápida es suficiente para explicar la gran riqueza de especies en las tribus de Brassicaceae.
(3) Las especies de Brassicaceae tienen aprox. 43.3 % de neopoliploides, lo que sugiere que WGD es una fuerza impulsora constante para la diversificación de especies. Con el paso del tiempo, los neopoliploides se convierten en mesopoliploides y son la fuente de diversificación futura.“

Para el profesor Koch, tanto la poliploidización como la respuesta ambiental son factores importantes en la historia evolutiva de las Brassicaceae. "Creo que, entre otros hallazgos, el mensaje final es: 'La poliploidización contribuye de manera continua y significativa a la diversidad de especies a lo largo de los tiempos evolutivos". en Brassicaceae. No es un callejón sin salida evolutivo, sino una propiedad intrínseca de esta importante familia de plantas que comprende también Arabidopsis y numerosas plantas de cultivo como las Brassicas'”.

Actualización: 6 de marzo de 2020 Una versión anterior enturbiaba la relación entre el ADN plástido y el ADN nuclear.