Gymnosperm and fern multifunctional bHLH transcription factors control stomatal development
Este estudio demuestra que los factores de transcripción bHLH de gimnospermas y helechos poseen funciones amplias y superpuestas en el desarrollo estomático, lo que respalda un modelo en el que la especialización específica de cada etapa observada en las angiospermas evolucionó mediante la partición progresiva de estas capacidades ancestrales y multifuncionales.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Las plantas respiran a través de poros diminutos y microscópicos en sus hojas llamados estomas. Estos poros actúan como puertas ajustables, que se abren para dejar entrar el dióxido de carbono para la fotosíntesis mientras se cierran para evitar que el agua escape. Para que las plantas pudieran sobrevivir en la tierra, necesitaban una forma de construir estas puertas de manera fiable. La construcción de un poro estomático es una secuencia de eventos cuidadosamente cronometrada donde una sola célula de la piel se divide para formar un par de células especializadas que rodean la abertura. En las plantas con flores, este proceso es dirigido por un equipo de tres interruptores proteicos distintos, cada uno de los cuales toma el mando en un momento específico: uno para iniciar el proceso, otro para dar forma a la etapa intermedia y otro para terminar el trabajo. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo evolucionó este preciso sistema de tres partes. ¿Comenzaron estas proteínas como una herramienta única y de propósito general que luego se dividió en especialistas, o los ancestros de las plantas modernas ya poseían un equipo complejo?
Para responder a esto, los investigadores centraron su atención en dos linajes antiguos de plantas que preceden a las plantas con flores: los helechos y las coníferas. Se centraron en la picea de Noruega, un imponente perennifolio, y en el helecho de agua, una planta acuática de rápido crecimiento. Al examinar los planos genéticos de estas especies, el equipo descubrió que, a diferencia de las plantas con flores, que poseen tres genes separados para el desarrollo estomático, estas plantas antiguas tienen solo dos. Un gen se asemeja a las proteínas "inicial" y "media" de las plantas con flores, mientras que el otro se parece al "finalizador". Los investigadores se propussteron ver si estos dos genes antiguos podían hacer el trabajo de los tres, o si ya habían comenzado a especializarse. Realizaron una serie de experimentos en los que intercambiaron estos genes antiguos en las células de la Arabidopsis thaliana (el cardenal común), una planta modelo de flor, para ver cómo cambiaría el desarrollo de la planta.
Los resultados revelaron que los genes antiguos son notablemente versátiles. Cuando los investigadores introdujeron el gen "inicial/medio" de la picea o del helecho en la planta con flor, este no solo pudo poner en marcha el proceso de formación estomática, sino también impulsar las células a través de las etapas medias del desarrollo. De hecho, este único gen antiguo fue lo suficientemente poderoso como para dirigir todo el proceso desde el principio hasta el final en la planta con flor, creando poros funcionales donde no debería haberlos formado. Del mismo modo, el gen "finalizador" de estas plantas antiguas también pudo intervenir para ayudar en las etapas anteriores, aunque fue menos eficaz para iniciar el proceso que el otro gen. Esto sugiere que las proteínas en estas plantas antiguas no son especialistas rígidos. En cambio, poseen una capacidad amplia y superpuesta para manejar múltiples pasos del proceso de construcción. Son como contratistas generales que pueden poner los cimientos, armar las paredes e instalar el techo, en lugar de un equipo de tres especialistas donde uno solo pone los cimientos y otro solo instala los techos.
Sin embargo, el estudio también encontró que estas proteínas antiguas no son enteramente idénticas en su labor. En la picea, los dos genes están activos en momentos diferentes y en lugares ligeramente distintos. El gen "inicial/medio" es más activo cuando las células se están dividiendo por primera vez, mientras que el gen "finalizador" permanece activo durante un período más largo, continuando su trabajo incluso a medida que los poros maduran. Cuando los investigadores interrumpieron la función de estos genes en la propia picea, los efectos fueron distintos. Bloquear el gen "inicial/medio" cambió la forma del poro final, mientras que bloquear el gen "finalizador" alteró la forma de las propias células oclusivas y cambió la composición química de las paredes celulares. Esto indica que, aunque estas proteínas pueden realizar el trabajo de las otras en caso de necesidad, han comenzado a distanciarse en sus funciones naturales, cada una adoptando una ligera preferencia por cuándo y cómo actúan.
Estos hallazgos dibujan una imagen clara de cómo evoluciona la complejidad. La especialización pronunciada y estricta que se observa en las plantas con flores modernas, donde tres genes gestionan tres pasos distintos, no apareció de la nada. En su lugar, probablemente surgió gradualmente de un estado ancestral donde dos genes compartían un conjunto de habilidades amplias y superpuestas. Con el tiempo, estas tareas compartidas se dividieron lentamente, volviéndose cada gen más eficiente en una etapa específica y menos capaz de manejar las otras. El estudio sugiere que el sofisticado sistema de tres partes de las plantas con flores es el resultado de un largo viaje evolutivo donde un equipo de dos genes flexibles fue particionando lentamente sus tareas para crear una fuerza de trabajo más especializada y eficiente. Esta progresión de capacidades amplias y superpuestas hacia roles estrictos y específicos de cada etapa proporciona un eslabón perdido en nuestra comprensión de cómo las plantas dominaron el arte de respirar en la tierra.
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