viernes, 17 de febrero de 2017

Biodiversidad: carne con setas

¿Plantas carnívoras o plantas fungívoras?
En un reciente artículo publicado en Nature, se ha demostrado que el origen del hábito carnívoro en las angiospermas está filogenéticamente basado en la defensa frente a hongos patógenos.
Nepenthes villosa. Foto.
Las plantas carnívoras, también llamadas insectívoras, obtienen parte o la mayoría de sus necesidades nutricionales (pero no de energía, puesto que siguen siendo fotosintéticas) mediante la captura y el consumo de animales y protozoos, normalmente insectos (además de otros artrópodos). Estas plantas crecen generalmente en lugares donde el suelo es pobre, en especial en nitrógeno, como las tierras ácidas pantanosas y los roquedos húmedos. Charles Darwin empleó mucho tiempo investigando sobre estas plantas fascinantes, cuya biología dejó plasmada en un tratado, Insectivorous plants, que no ha perdido vigencia casi dos siglos después de su publicación en 1875 [1].
Aunque estas plantas tienen un hábito común, presentan unas notables diferencias morfológicas y fitoquímicas que han llevado a que siempre se haya pensado que el hábito carnívoro ha evolucionado en, al menos, once linajes separados que se encuentran representados por más de una docena de géneros y algo más de seiscientas especies pertenecientes a cinco familias. Además, más de trescientas especies de plantas “protocarnívoras” de varios géneros muestran algunas, aunque no todas, de esas características.
En un trabajo ya clásico publicado en 1992 en Science, basado en el analísis del gen RBCL que codifica la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco en la jerga de los fitogenetistas), Albert y colaboradores expusieron las diferencias estructurales y filogenéticas que separan a los distintos linajes de plantas carnívoras. En un artículo más reciente (2009) Ellison y Gotelli se ocuparon de demostrar que la carnivoría ha evolucionado independientemente al menos seis veces en cinco órdenes de angiospermas.
Sarracenia purpurea. Foto.
Centrémonos en tres géneros representantes de tres familias y tres órdenes diferentes, lo que significa que son tres ramas separadas en el árbol filogenético de las plantas con flores, y que, además, viven en continentes distintos. A pesar de las similitudes entre esos géneros como Nepenthes (Nepenthaceae, Caryophyllales, zonas tropicales del Viejo Mundo), Sarracenia (Sarraceniaceae, Ericales, zonas templadas de Norteamérica), y Cepholotus (Cepholotaceae, Oxalidales, endémico de Australia) no están estrechamente relacionados. Los botánicos siempre se han preguntado cómo las hojas altamente modificadas de estas plantas evolucionaron hacia los sofisticados órganos de captura y digestión de insectos. Gracias a un artículo publicado el pasado 6 de febrero en Nature se ha puesto de manifiesto que los mecanismos responsables del carnivorismo en plantas son un caso de evolución convergente.
La investigación comenzó con la planta australiana Cepholotus follicularis, del que pueden ver dos magníficas fotografías de Natahalie McNair en este enlace. Esta especie, única de su género y de su familia, es la que presenta mayores diferencias con las otras dos familias de las llamadas “plantas jarras”, Nepenthaceae y Sarraceniaceae, y, por tanto, es la que mejor se prestaba a servir como elemento clave para abrir la ventana de los reguladores genéticos que han condicionado la evolución de esas tres familias. Cepholotus produce dos tipos diferentes de hojas: hojas normales, fotosintéticas, y unas mortíferas y dentadas hojas-cántaro que la han hecho famosa en todo el mundo.
Cepholotus follicularis. Foto.
Los investigadores secuenciaron el genoma de C. follicularis y lograron identificar los genes implicados en el cambio de desarrollo entre hojas carnívoras y no carnívoras. La comparación de los dos tipos de hojas y el análisis del repertorio de genes identificó cambios genéticos asociados con la atracción de presas, la captura, la digestión y la absorción de nutrientes. Al observar qué genes se activan durante el desarrollo de estos diferentes tipos de hojas, fueron capaces de identificar qué alelos están implicados en la producción del néctar que atrae a las presas y en la producción de la cérea capa resbaladiza que evita que los insectos atrapados escapen. Pero también encontraron algo aún más interesante.
A continuación, examinaron los fluidos digestivos producidos por Cepholotus y por muchas otras especies de plantas carnívoras no relacionadas de todo el mundo. Al hacerlo, hicieron un sorprendente descubrimiento: los genes involucrados en la síntesis de los mortales cócteles digestivos de estos linajes tan dispares tienen un origen evolutivo similar.
A pesar de que no están relacionados, la capacidad de digerir los insectos parece tener su origen en la defensa de las plantas contra los hongos. Probablemente habrá escuchado alguna vez decir que los hongos son más similares a los animales que a las plantas, entre otras cosas porque el polímero que compone las paredes celulares de los hongos es el mismo que compone el exoesqueleto de los insectos, la quitina. Al comparar los genes carnívoros de Cepholotus con los de una planta testigo del género Arabidopsis, el equipo encontró que en este último, que no es ni de lejos carnívoro, se activaron genes similares cuando fueron expuestos a patógenos fúngicos.
Los investigadores piensan que todas las plantas carnívoras han convergido en un sistema en el que los genes utilizados para defenderse contra la infección por hongos se han coadaptado para digerir artrópodos. En conjunto, los resultados que acaban de publicarse muestran que el camino hacia el carnivorismo en plantas es sorprendentemente angosto. La evolución no siempre requiere la aparición de nuevos alelos, sino más bien una readaptación de genes preexistentes.

El biólogo de la Universidad de Buffalo y coautor del estudio, Victor A. Albert, participó en 2014 en la secuenciación del genoma del café. Entonces comprobaron esta evolución en paralelo con la cafeína. Presente en el cacao, el té y el café, tres plantas tan separadas entre sí como las carnívoras del actual estudio, la adictiva sustancia se debe al concurso de casi las mismas proteínas en los tres casos. Como dice ahora Albert, "plantas que tienen un conjunto de herramientas genéticas y están tratando de tener la respuesta al problema de cómo convertirse en carnívoras, al final acaban encontrando la misma solución".




[1] Hay una excelente traducción al español de Joandomènec Ros publicada por Laetoli (2008).