Petr Pyšek y un equipo de investigadores de instituciones de toda Europa, China y Estados Unidos querían comprender ¿Por qué algunas especies de plantas se vuelven invasoras cuando se introducen fuera de su área de distribución nativa?. Esta pregunta es importante porque las especies invasoras pueden causar graves daños a los ecosistemas y su control cuesta miles de millones.

Los investigadores analizaron datos de más de 11,000 especies de plantas de todo el mundo para explorar cómo dos factores genéticos clave (el tamaño del genoma y la ploidía) afectan las diferentes etapas de la invasión. El tamaño del genoma se refiere a la cantidad total de ADN contenida en las células de un organismo. La ploidía es el número de conjuntos de cromosomas; por ejemplo, las plantas diploides tienen dos conjuntos, mientras que las tetraploides tienen cuatro.

Al compilar conjuntos de datos globales masivos, el equipo podría probar de manera sólida los vínculos entre estos rasgos genéticos y el éxito de la invasión. Su objetivo era arrojar luz sobre por qué ciertas plantas se convierten en invasores problemáticos en nuevas regiones. Los hallazgos, publicados en New Phytologist, tienen implicaciones importantes para predecir y gestionar invasiones biológicas.

Recolectando la evidencia

Los investigadores reunieron un enorme conjunto de datos extraídos de especies de plantas de todo el planeta. Esto incluía 10,400 especies de plantas con flores (angiospermas), 379 gimnospermas (como las coníferas), 218 helechos y 52 musgos.

Los datos sobre el tamaño del genoma y el número de cromosomas provienen de la base de datos de valores C del ADN vegetal del Real Jardín Botánico de Kew. Esto representa la recopilación más completa de mediciones del tamaño del genoma de las plantas a nivel mundial. Los investigadores también buscaron en la literatura científica para agregar datos sobre el tamaño del genoma de otras 40 especies que aún no están en la base de datos.

Información sobre la cual especies de plantas se han naturalizado o son invasoras cuando se introdujeron fuera de sus regiones nativas provienen de la base de datos Global Naturalized Alien Flora (GloNAF). Estos datos cubren 13,939 especies de plantas exóticas naturalizadas en más de 1,000 regiones de todo el mundo. Para un subconjunto de 349 regiones, también había datos disponibles sobre qué especies naturalizadas se han vuelto invasoras.

La recopilación de un conjunto de datos tan masivo para tantas especies de plantas permitió a los investigadores analizar los vínculos entre el tamaño del genoma, el número de cromosomas y el éxito de la invasión. Una limitación fue que los recuentos de cromosomas no estaban disponibles para todas las especies, lo que hacía imposible determinar niveles precisos de ploidía en algunos casos. A pesar de esto, la escala del conjunto de datos dio un inmenso poder para detectar tendencias generales.

Efectos contrastantes en diferentes etapas de la invasión

El análisis reveló que las especies de plantas con genomas pequeños tenían más probabilidades de naturalizarse fuera de su área de distribución nativa. Las especies naturalizadas pueden formar poblaciones autosostenibles en la nueva región sin intervención humana.

Sin embargo, la historia fue diferente cuando se analiza la propagación invasiva y los impactos ecológicos. Los grandes tamaños del genoma y los niveles más altos de ploidía proporcionaron una ventaja para que una especie naturalizada progresara hasta convertirse en un invasor problemático que se propaga rápidamente y causa daños ambientales.

Los investigadores cuantificaron el éxito de la naturalización de dos maneras: si una especie se naturalizó en algún lugar del mundo y la cantidad de regiones en las que se había naturalizado. También observaron la cantidad de regiones donde una especie se había vuelto invasora.

Las especies con genomas de tamaño intermedio fueron naturalizadas o invasoras en la mayoría de las regiones del mundo. Sin embargo, los genomas grandes potenciaron la capacidad de una especie exótica para propagarse de manera invasiva e impactar negativamente la biodiversidad y los ecosistemas nativos.

Los efectos contrastantes en las etapas de naturalización versus invasión muestran que el tamaño del genoma y el nivel de ploidía desempeñan roles diferentes en la progresión de especies introducidas a invasores problemáticos.

¿Por qué el tamaño del genoma y la ploidía tienen efectos contrastantes?

Los hallazgos sugieren algunas explicaciones de por qué los genomas pequeños promueven la naturalización, mientras que los genomas grandes y la alta ploidía favorecen la propagación invasiva.

• Los genomas pequeños permiten que las plantas introducidas se adapten rápidamente a las nuevas condiciones ambientales en las regiones en las que se introducen. Esta rápida evolución mejora su capacidad para establecer poblaciones sostenibles.
• Por el contrario, los genomas grandes y los conjuntos adicionales de cromosomas proporcionan rasgos que favorecen la propagación invasiva, como un crecimiento vigoroso, un alto rendimiento reproductivo y una dispersión eficiente de semillas o fragmentos vegetativos.

Los dos factores interactúan – especies con genomas relativamente pequeños combinados con una mayor ploidía parecen capaces de maximizar los beneficios de la invasividad. Los pequeños genomas ayudan a la adaptación. Al mismo tiempo, los cromosomas adicionales se sobrecargan. crecimiento y reproducción. Los investigadores descubrieron que, si bien los poliploides por sí solos tenían más probabilidades de naturalizarse que los diploides, el mayor éxito de naturalización se produjo en las especies que incluían individuos tanto diploides como poliploides. Sugieren que esta combinación diploide-poliploide maximiza la variabilidad, proporcionando un mayor potencial genético para la adaptación a nuevos entornos.

El papel clave de la genética en las invasiones de plantas

Esta investigación revela que dos factores genéticos fundamentales: tamaño del genoma y la ploidía: desempeñan papeles vitales pero contrastantes a la hora de permitir que las plantas se conviertan en invasoras exitosas. Sus efectos cambian según la etapa de invasión. Los genomas pequeños ayudan a la naturalización al permitir una rápida adaptación a nuevos entornos. Sin embargo, los genomas grandes y la alta ploidía estimulan la propagación invasiva al proporcionar rasgos como un crecimiento y una reproducción vigorosos. Estos nuevos conocimientos ayudan a explicar por qué algunas especies de plantas se convierten en invasores problemáticos en regiones fuera de sus áreas de distribución nativas. Los hallazgos también muestran la naturaleza dependiente del contexto de las invasiones biológicas, con la influencia de los rasgos de las especies y la genética cambiando entre las fases de invasión.

El estudio demuestra poderosamente el valor de acumular conjuntos masivos de datos globales para identificar tendencias generales. La recopilación de datos sobre más de 11,000 especies de plantas fue crucial para desentrañar los matices relaciones entre el tamaño del genoma, ploidía y éxito invasivo. Este grandes volúmenes de datos Este enfoque señala el camino para comprender y predecir mejor la biología de las invasiones.

LEA EL ARTÍCULO:
Pyšek, P., Lučanová, M., Dawson, W., Essl, F., Kreft, H., Leitch, IJ, Lenzner, B., Meyerson, LA, Pergl, J., van Kleunen, M., Weigelt , P., Winter, M. y Guo, W.-Y. (2023) “El pequeño tamaño del genoma y la variación en los niveles de ploidía favorecen la naturalización de las plantas vasculares, pero limitan su propagación invasiva., " New Phytologist, 239(6), págs. 2389–2403. Disponible en: https://doi.org/10.1111/nph.19135.