Las primeras plantas terrestres surgieron de algas antiguas y llegaron a la Tierra hace unos 550 millones de años. Este evento evolutivo único, conocido como terrestrialización de las plantas, cambió fundamentalmente la superficie y la atmósfera del planeta e hizo posible el desarrollo de toda la vida terrestre, incluida la humana.
Ahora, dirigido por la Universidad de Nebraska-Lincoln, un equipo de 50 científicos de 20 instituciones de investigación de todo el mundo ha mapeado el genoma de cuatro cepas de ese antiguo Zygnema algas, descubriendo las innovaciones genéticas de las primeras plantas terrestres.
«Esta es una historia de evolución», dijo Yanbin Yin, biólogo computacional de la Universidad de Nebraska-Lincoln y coautor correspondiente del estudio. «Responde a la pregunta fundamental de cómo evolucionaron las primeras plantas terrestres a partir de algas acuáticas de agua dulce».
La secuenciación del genoma es el proceso de determinar el material genético (ADN) completo de un organismo, que se ensambla en una representación computacional. Proporciona un recurso valioso para estudiar. evolución de las especies y comprender la diversidad genética. Una secuencia genómica completa es más útil si el ensamblaje está al nivel del cromosomasdonde se encuentran físicamente los genes.
Los investigadores ensamblaron cuatro multicelulares. Zygnema cepas utilizando dos de una colección de cultivos de algas de la Universidad de Texas en Austin y dos de la Universidad de Göttingen en Alemania. Zygnema pertenece a Zygnematophyceae, una clase de algas semiterrestres y de agua dulce con más de 4.000 especies descritas que se han adaptado para resistir factores estresantes extremos como la luz ultravioleta, la sequedad extrema y la congelación. Una característica distintiva de las plantas terrestres son sus cuerpos multicelulares. Los genes implicados en la multicelularidad y la respuesta al estrés ambiental están estrechamente relacionados y proporcionan una base para la adaptabilidad de las plantas.
Utilizando técnicas de secuenciación de ADN de vanguardia, los investigadores generaron un genoma completo a escala cromosómica para las algas. Antes de este estudio, sólo se habían secuenciado los genomas de Zygnematophyceae unicelulares, y este fue el primer ensamblaje genómico a nivel cromosómico para esta clase de algas.
Comparando los genomas con los de otras plantas y algas, los investigadores descubrieron las innovaciones genéticas empleadas por Zygnema. Encontraron «programas genéticos» involucrados en el crecimiento y el desarrollo, la división celular y la biosíntesis y remodelación de la pared celular, y genes desencadenados por señales ambientales. Esta coexpresión de genes sugirió que trabajaban juntos para detectar el medio ambiente y regular el crecimiento de las plantas en consecuencia.
«Nuestros análisis de redes genéticas revelan la coexpresión de genes, especialmente aquellos para la síntesis y remodelación de la pared celular que se expandieron y obtuvieron en el último ancestro común de las plantas terrestres y Zygnematophyceae», dijo Yin. «Arrojamos luz sobre las profundas raíces evolutivas de los mecanismos para equilibrar las respuestas ambientales y el crecimiento de células multicelulares».
Los investigadores dicen que su descubrimiento conducirá a más estudios que podrían ser importantes para la bioenergía, la sostenibilidad del agua y el secuestro de carbono.
«No sólo presentamos un recurso valioso y de alta calidad para toda la comunidad científica de plantas, que ahora puede explorar estos datos del genoma, sino que nuestros análisis descubrieron conexiones intrincadas entre las respuestas ambientales», dijo Jan de Vries, coautor correspondiente de la Universidad. de Gotinga.
El estudio fue publicado en la revista Genética de la naturaleza.
Fuente: Universidad de Nebraska-Lincoln
