Gradientes ambientales revelan centros de estrés anteriores a la terrestrialización de las plantas
La superficie de la Tierra está cubierta de plantas. Constituyen la mayor parte de la biomasa terrestre y exhiben una amplia gama de diversidad, desde musgos hasta árboles. Esta asombrosa biodiversidad surgió debido a un fatídico evento evolutivo que ocurrió solo una vez: la terrestrialización de las plantas. Esto describe el punto en el que un grupo de algas, cuyos descendientes modernos todavía pueden estudiarse en el laboratorio, evolucionó hasta convertirse en plantas e invadió tierras de todo el mundo.
Un grupo internacional de investigadores, encabezado por un equipo de la Universidad de Göttingen, ha generado datos de expresión genética a gran escala para investigar las redes moleculares que operan en una de las algas más cercanas a las plantas terrestres, una humilde alga unicelular llamada Mesotaenium. endlicherianum.
Utilizando una cepa de Mesotaenium endlicherianum que se ha mantenido segura en la Colección de Cultivos de Algas de la Universidad de Göttingen (SAG) durante más de 25 años y la configuración experimental única allí, los investigadores expusieron Mesotaenium endlicherianum a un rango continuo de diferentes intensidades de luz y temperaturas.
Janine Fürst-Jansen, investigadora de la Universidad de Göttingen, afirma: "Nuestro estudio comenzó examinando los límites de la resistencia del alga, tanto a la luz como a la temperatura. Lo sometimos a un amplio rango de temperatura de 8°C a 29°C. Nos intrigó cuando observamos la interacción entre una temperatura amplia y una tolerancia a la luz basada en nuestro análisis fisiológico en profundidad".
Imagen: Imagen microscópica de una de las algas más cercanas a las plantas terrestres, un alga unicelular llamada Mesotaenium endlicherianum (20 micrómetros corresponden a 0,02 milímetros). Crédito: Tatyana Darienko
La respuesta de las algas no sólo se investigó a nivel morfológico y fisiológico, sino también leyendo la información de unos 10 mil millones de fragmentos de ARN.
El estudio utilizó análisis de redes para investigar el comportamiento compartido de casi 20.000 genes simultáneamente. En estos patrones compartidos, se identificaron "genes centrales" que desempeñan un papel central en la coordinación de la expresión genética en respuesta a diversas señales ambientales.
Este enfoque no solo ofreció valiosa información sobre cómo se regula la expresión de genes de algas en respuesta a diferentes condiciones, sino que, combinado con análisis evolutivos, descubrió cómo estos mecanismos son comunes tanto a las plantas terrestres como a sus parientes de algas.
Imagen: Muestras de Mesotaenium endlicherianum que se han mantenido seguras en la Colección de Cultivos de Algas de la Universidad de Göttingen (SAG) durante más de 25 años. Esta imagen muestra la configuración experimental única que permitió a los investigadores exponer Mesotaenium endlicherianum a un rango continuo de diferentes intensidades de luz y temperaturas. Crédito: Janine Fürst-Jansen
El profesor Jan de Vries, de la Universidad de Göttingen, dice: "Lo que es tan singular del estudio es que nuestro análisis de red puede señalar cajas de herramientas enteras de mecanismos genéticos que no se sabía que operaban en estas algas. Y cuando observamos estas cajas de herramientas genéticas, encontramos que se comparten a lo largo de más de 600 millones de años de evolución de plantas y algas".
Como señala Armin Dadras, estudiante de doctorado de la Universidad de Göttingen, explica: "Nuestro análisis nos permite identificar qué genes colaboran en diferentes plantas y algas. Es como descubrir qué notas musicales armonizan consistentemente en diferentes canciones. Esta idea nos ayuda a descubrir patrones evolutivos a largo plazo y revela cómo ciertas 'notas' genéticas esenciales se han mantenido consistentes en una amplia gama de especies de plantas, al igual que melodías eternas que resuenan en diferentes géneros musicales".
Los resultados fueron publicados en Nature Plants: Environmental gradients reveal stress hubs pre-dating plant terrestrialization
