La duplicación del genoma se ha producido en muchas plantas con flores, como la gromwell púrpura.
David Chapman/Alamy
Copias adicionales de instrucciones genéticas pueden haber ayudado a las plantas con flores a sobrevivir a extinciones masivas, incluida la catástrofe que acabó con los dinosaurios.
Nuevos hallazgos sugieren que las angiospermas (plantas con flores como margaritas, pastos y árboles frutales) pueden haber sobrevivido a importantes trastornos ambientales y ecológicos en la prehistoria de la Tierra gracias a genomas duplicados accidentalmente. Normalmente, estos genomas excedentes son una carga evolutiva, pero durante períodos caóticos pueden haber ayudado a las angiospermas a florecer hasta convertirse en la vida vegetal dominante que vemos hoy.
Normalmente, los organismos que se reproducen sexualmente tienen dos copias de sus cromosomas, una de cada padre. Pero las plantas –y especialmente las angiospermas– a menudo tienen más de dos, una condición llamada poliploidía, que resulta de que el genoma no se reduce a la mitad en las células reproductivas. Las plantas como las patatas y algunas variedades de trigo tienen cuatro copias de sus cromosomas. Otros pueden tener ocho copias o más.
Un tercio de las angiospermas actuales son poliploides, afirma Hengchi Chen, de la Universidad de Göttingen, en Alemania. Pero análisis previos de la profunda historia evolutiva de la poliploidía han sugerido que las duplicaciones antiguas son bastante raras.
“La mayoría de los organismos poliploides se extinguieron durante una evolución a largo plazo”, dice Chen.
Él y sus colegas querían saber por qué muchas duplicaciones del genoma en las angiospermas disminuyeron hace millones de años y por qué otras echaron raíces. Analizaron los genomas de 470 especies de angiospermas para desarrollar un árbol evolutivo. A lo largo de aproximadamente 150 millones de años de evolución, el equipo detectó y fechó 132 ocasiones en las que los genomas se duplicaron hace mucho tiempo.
Estas duplicaciones se agruparon en nueve períodos prehistóricos hace entre 108 y 14 millones de años. Casi todos coincidieron con importantes acontecimientos ambientales o geológicos, como el cambio climático, cambios en los niveles de oxígeno o extinciones masivas, incluido el impacto de un asteroide al final del período Cretácico que acabó con los dinosaurios no aviares. En tiempos de caos global, las plantas poliploides parecían estar en su apogeo.
La mayoría de las veces, la poliploidía puede ser una gran desventaja, ya que impide el crecimiento o dificulta o imposibilita el apareamiento exitoso con parientes no poliploides. Pero los tiempos de agitación pueden haber preparado el escenario para el improbable éxito de las plantas poliploides a través de múltiples factores que convergen juntos.
Por ejemplo, el calor o el frío extremos pueden haber aumentado las posibilidades de que se produzca un fallo durante la reproducción, dice Chen, lo que anima a que la tasa de poliploidía aumente en primer lugar. Los poliploides también pueden tener una mayor resistencia a factores de estrés como la sequía y la exposición a la sal, y sus genes adicionales podrían desarrollar nuevas funciones en un mundo que cambia rápidamente. Es más, los ecosistemas cambiantes ofrecen nuevas oportunidades a medida que los competidores desaparecen.
“El individuo poliploide originalmente menor que se esconde en un rincón de la población de alguna manera obtiene acceso a más recursos, y también puede tener esta ventaja de aptitud para el estrés”, dice Chen, lo que conduce a una mayor supervivencia.
Los genomas redundantes e hiperflexibles de las angiospermas pueden ser clave para su éxito como grupo, afirma.
Pamela Soltis, del Museo de Historia Natural de Florida en Gainesville, siente curiosidad por saber cómo un muestreo más amplio de una diversidad más amplia de especies de angiospermas podría afectar los resultados. “A pesar de que este análisis es enorme en comparación con trabajos anteriores, 470 especies siguen siendo sólo una fracción muy pequeña de las especies de angiospermas”, dice.
El total se acerca a los 400.000, pero los nuevos genomas están disponibles a “un ritmo muy rápido”, afirma Soltis.