updated 1:06 AM CET, Dec 11, 2016

El genoma de los pastos marinos presta ideas a tolerancia a la sal

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Zostera marina

Primer genoma completo de la Zostera marina

Para mitigar las emisiones de carbono a la atmósfera los investigadores han observado los depósitos-sumideros que acumulan y almacenan carbono, como los bosques tropicales, pero también incluyen una variedad de plantas terrestres, así como los océanos. Sin embargo, otro sumidero de carbono menos conocido, pero muy grande, se encuentra a lo largo de las costas de sedimentos blandos de la Tierra.

Ecosistemas de pastos marinos costeros cubren unos 200.000 kilómetros cuadrados. Representan aproximadamente el 15 por ciento del carbono fijado en el océano mundial, y también influyen en los ciclos de azufre y nitrógeno. Además, actúan como criaderos de peces jóvenes y otros organismos, protegen la costa de la erosión y ayudan a mantener la claridad del agua.

El primer genoma de las angiospermas o fanerógamas marinas

Zostera marina dibujoPublicado el 27 de enero 2016 en la revista Nature, un equipo europeo que incluye investigadores del Departamento del Instituto de Energía Conjunto del Genoma (DOE JGI) de Estados Unidos y una DOE Office of Science User Facility, ha secuenciado el genoma de los pastos marinos: el del pasto marino Zostera marina, tomada del archipiélago Sea de Finlandia.

A pesar del nombre, los pastos marinos no son verdaderas hierbas sino plantas marinas con flores completamente sumergidas, o angiospermas, y miembros de una antigua familia de monocotiledóneas. Para entender mejor las adaptaciones de la planta por el hecho de encontrarse en un entorno de agua salada, el equipo comparó el genoma de los pastos marinos con su pariente de agua dulce, la lenteja de agua (Spirodela polyrhiza). El genoma de la lenteja de agua también fue secuenciado y analizado por el DOE JGI.

La Zostera marina, que se encuentra en todo el hemisferio norte, es la primera planta marina con flores en ser totalmente secuenciada, con el trabajo realizado a través del Programa de Ciencias de la Comunidad del DOE JGI. Como una especie fundamental en el ecosistema marino costero, los investigadores estaban interesados ​​en la comprensión de cómo se adapta la planta al cambio climático, y por extensión otras plantas, en los ecosistemas.

Para la adaptación a un estilo de vida bajo el agua, los pastos marinos crearon genes que le permitieron vivir en agua salada, pero perdieron los genes implicados en los rasgos asociados con las plantas terrestres. El equipo estaba interesado en la identificación de las vías a que se sometieron las principales modificaciones de la Zostera marina por su retorno al mar.

La autora principal del estudio, Jeanine Olsen, de la Universidad de Groningen en los Países Bajos dijo que esta "está adaptación es sin duda más extrema que una terrestre (e incluso que una de agua dulce) que las especies pueden sufrir". Después de lo que ella describe como un escenario donde "lo utilizan, lo pierden o lo cambian", los pastos marinos han modificado sus paredes celulares - que son singularmente como algas - y los genes asociados con la detección de luz, defensa de la planta y la señalización, sistema de polinización y regulación del balance de agua interno. La Zostera marina ha perdido genes relacionados con la protección UV y la producción de diversos compuestos volátiles incluyendo terpenes - hidrocarburos que tienen aplicaciones como la de servir como una fuente alternativa de combustibles avanzados.

árbol de genes de ña Zostera marina

Comparación de los genomas de plantas de agua dulce y salada

El equipo comparó el genoma de la Zostera marina con el de la lenteja de agua, una de las plantas con flores simples y el pariente más cercano secuenciado de la Zostera marina. Se observaron diferencias en los genes relacionados con la estructura de la pared celular debido a las adaptaciones al agua dulce o condiciones terrestres. Por ejemplo, las plantas tales como la lenteja de agua aparentemente han perdido los genes que ayudan a las plantas a retener agua en la pared de la célula, mientras que la Zostera ha recuperado estos genes para lidiar mejor con el estrés osmótico durante la marea baja.

"Se han rediseñado a sí mismas", dijo Olsen de los cambios que afectan a las paredes celulares de la Zostera. "Aunque esto ha sido conocido bioquímicamente durante muchos años, la vía subyacente que produce estos polisacáridos sulfatados de la matriz de la pared celular, en combinación con la expansión de las pectinas metilados bajas (zosterin), ahora se desenredaron y su fuerte carácter con carga negativa es la hipótesis que ayuda a proteger las células del estrés osmótico. Los criadores de cultivos pueden beneficiarse de lecciones sobre cómo ha evolucionado en estas plantas la tolerancia a la sal".

Zostera marina, distribución

Las praderas de Zostera marina se extienden desde Alaska hasta Baja California, y desde el Mar Blanco hasta el sur de Portugal, y Olsen señaló que estos ecosistemas brindan a los investigadores "un experimento natural para investigar una rápida adaptación a las aguas más cálidas o más frías, así como la tolerancia a la salinidad, la acidificación del océano y la luz".

Aprender más acerca de las interacciones eco-evolutivas también es relevante para el desarrollo de la genómica, y son indicadores de alerta temprana y los pastos marinos pueden presagiar el colapso del ecosistema. Jeremy Schmutz, jefe del Programa de Plantas del DOE JGI, hizo hincapié en que, si bien los pastos marinos son actores clave en funciones de los ecosistemas marinos y costeros considerados los "pulmones del mar", también están en peligro. "Hay estimaciones de que casi un tercio de las praderas de pastos marinos en todo el mundo han sido destruidas por la escorrentía en el océano", dijo, "reduciendo sus capacidades potenciales como sumideros de carbono. Por lo tanto, es urgente el estudio de la capacidad de adaptación de los pastos marinos para ayudar a los esfuerzos de conservación".

Artículo científico: The genome of the seagrass Zostera marina reveals angiosperm adaptation to the sea