Alga verde: Lacunastrum gracillimum, conos femeninos de gimnosperma: Gnetum gnemon y flor de cerezo: Prunus domestica. Las duplicaciones del genoma y la expansión de las familias de genes clave han contribuido a la evolución de la multicelularidad y la complejidad en las plantas verdes. Crédito: Michael Melkonian y Walter S. Judd
Secuencias génicas arrojan luz sobre más de mil millones de años de evolución de las plantas verdes
24 de octubre de 2019 | Historia original del Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth
Las secuencias génicas de más de 1100 especies de plantas han sido publicadas por un consorcio internacional de casi 200 científicos que participaron en un proyecto de investigación de nueve años, One Thousand Plant Transcriptomes Initiative (1KP), que examinó la diversificación de especies vegetales, genes y genomas a través de los más de mil millones de años de historia de plantas verdes que se remontan a los ancestros de las plantas con flores y las algas verdes.
Sus hallazgos, “Mil Transcriptomas de Plantas y Filogenómica de Plantas Verdes”, publicados en Nature (doi: 10.1038/s41586-019-1693-2), revelan el momento de duplicaciones de genomas enteros y los orígenes, expansiones y contracciones de familias de genes que contribuyen a las innovaciones genéticas fundamentales que permitieron la evolución de algas verdes, musgos, helechos, coníferas, plantas con flores y todos los demás linajes de plantas verdes. La historia de cómo y cuándo las plantas aseguraron la capacidad de crecer alcanzado tallas elevadas, producir semillas, flores y frutas proporciona un marco para entender la diversidad de plantas en todo el planeta, incluyendo cultivos anuales y especies de árboles forestales. Las secuencias, las alineaciones de secuencia y los datos de los árboles están disponibles a través de CyVerse Data Commons.
"Las plantas han evolucionado para producir numerosos productos químicos útiles. Este estudio proporciona información sobre ese proceso evolutivo", dijo Toni Kutchan, Ph.D., vicepresidente de Investigación y Oliver M. Langenberg investigador distinguido del Donald Danforth Plant Science Center. Megan Augustin, investigadora asociada, Alex Harkess, Ph.D., asociada postdoctoral y Michael McKain, Ph.D., ex asociado postdoctoral en el Danforth Center también contribuyeron a la investigación.
Más de 100 especialistas taxonómicos aportaron material de colecciones de campo y vivas que incluyen: Central Collection of Algal Cultures, Royal Botanic Gardens, Kew, Royal Botanic Garden Edinburgh, Atlanta Botanical Garden, New York Botanical Garden, Fairylake Botanical Garden, Shenzhen, The Florida Museum of Natural History, Duke University, University of British Columbia Botanical Garden y The University of Alberta. Mediante la secuenciación y el análisis de genes de un amplio muestreo de especies vegetales, los investigadores fueron capaces de reconstruir el contenido genético en los ancestros de todos los cultivos y especies vegetales modelo y obtener una imagen más completa de las duplicaciones de genes y genomas que permitieron innovaciones evolutivas.
“En el árbol de la vida, todo está interrelacionado”, dijo Gane Ka-Shu Wong, investigador principal y profesor del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Alberta. “Las relaciones inferidas entre especies de plantas vivas nos informan que a lo largo de los miles de millones de años desde que una especie ancestral de algas verdes se dividió en dos linajes evolutivos separados, uno que incluye plantas con flores, plantas terrestres y grupos de algas relacionados y el otro que comprende una amplia gama de algas verdes, la evolución de las plantas ha estado alternado entre innovaciones y períodos de rápida diversificación”, dijo James Leebens-Mack, profesor de biología vegetal en la Universidad de Georgia Franklin Facultad de Artes y Ciencias y autor de correspondencia en el estudio.
El alcance masivo del proyecto exigía el desarrollo y perfeccionamiento de nuevas herramientas computacionales para el montaje de secuencias y el análisis filogenético. Se desarrollaron nuevos algoritmos para inferir relaciones evolutivas a partir de cientos de secuencias genéticas para más de mil especies, abordando una heterogeneidad sustancial en las historias evolutivas en los genomas.
La Fundación de la Familia Somekh, el Gobierno de Alberta y un compromiso de secuenciación de BGI en Shenzhen, China, fueron asegurados por Wong para lanzar el proyecto 1KP. Una vez que el proyecto estuvo operativo, los recursos adicionales provinieron de otros proyectos en curso, incluyendo iPlant (ahora CyVerse) financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos.
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Referencia: One Thousand Plant Transcriptomes Initiative. 2019. One thousand plant transcriptomes and the phylogenomics of green plants. Nature. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1693-2.
