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Además de ser un símbolo de amor y romance, las rosas son conocidas por sus puntas afiladas: espinas que sobresalen de los tallos para alejar a los animales que buscan mordisquear los capullos.
No son la única planta que tiene este mecanismo de defensa: otras flores como flores de araña o zarzasel arbusto con flores responsable de las frambuesas y las moras, tiene puntas afiladas, al igual que ciertas plantas de cultivo como los tomates, las berenjenas, la cebada y el arroz.
Pero, ¿cómo pudieron todas estas especies, muchas de las cuales evolucionaron por separado a lo largo de millones de años, llegar a tener la misma característica espinosa? Un equipo de investigadores internacionales descubrió que la respuesta está en su ADN, rastreando el origen hasta una antigua familia de genes que es responsable de las espinas en todas estas variaciones, según un nuevo estudio publicado el jueves en la revista Science.
Los hallazgos no sólo abren la puerta para los científicos que buscan crear variantes sin espinas, sino que también proporcionan información sobre la historia evolutiva de un género extremadamente diverso de plantas, dicen los expertos.
La evolución de las espinas
Contrariamente a las referencias de la cultura pop, las rosas sí lo son. no tener espinasque son las puntas leñosas afiladas de ciertos arbustos y árboles, incluidos los algarrobos y los árboles cítricos. Las flores, en cambio, tienen espinas que se forman a partir de la piel de la planta, Similar a Cómo crece el cabello.
Las espinas existen desde hace al menos 400 millones de años, desde que los helechos y sus parientes surgieron con algunas espinas en sus tallos. Desde entonces, el rasgo ha aparecido (y desaparecido) en diferentes puntos del tiempo evolutivo, dijo el coautor del estudio Zachary Lippman, biólogo vegetal y profesor de genética en el Laboratorio Cold Spring Harbor en Long Island, Nueva York.
Uno de los géneros de plantas más diversos, conocido como Solanum —que incluye cultivos como patatas, tomates y berenjenas—, adquirió espinas por primera vez hace 6 millones de años. Hoy en día, el género tiene más de 1.000 especies que aparecen en todo el mundo, y alrededor de 400 de ellas se denominan «solanum espinoso» por sus espinas, según la Universidad de Utah.
Cuando un rasgo común, como las espinas, aparece de forma independiente en diferentes linajes y especies, eso se conoce como evolución convergentey ocurre cuando las especies se adaptan de manera similar a ciertas necesidades ambientales. Las alas son otro ejemplo de una característica que evolucionó de esta manera entre diferentes especies de aves, así como otros animales como los murciélagos e incluso algunos tipos de ardillas que tienen la estructura similar a las alas, dijo Lippman, quien también es un Instituto Médico Howard Hughes investigador.
Las espinas son una defensa evolucionada contra los herbívoros (animales que comen plantas) y también pueden ayudar al crecimiento, la competencia entre plantas y la retención de agua, según el estudio. Hasta ahora se desconocía qué causaba exactamente que los helechos y otras plantas no relacionadas desarrollaran espinas. Ahora, los autores del estudio han descubierto que una antigua familia de genes conocida como Lonely Guy, o LOG, ha servido como guardián de este rasgo, activándolo y desactivándolo en diferentes especies a lo largo de millones de años.
Los genes del chico solitario
Al eliminar las espinas de varias especies, incluidas las rosas y las berenjenas, los autores descubrieron que un gen LOG era responsable de las espinas en unos 20 tipos de plantas estudiadas. Los genes relacionados con LOG se encuentran en todas las plantas, incluso en los musgos, que se consideran los primera planta de secanodijo Lippman. Los genes son responsables de activar una hormona conocida como citoquinina, que es importante para las funciones básicas de una planta a nivel celular, incluida la división y expansión celular, lo que a su vez afecta el crecimiento de la planta.
“No es que hubiera un ancestro común que tuviera espinas y que luego se propagaran a lo largo de 400 millones de años a todos los demás, y luego se perdieran esporádicamente. De hecho, lo que parece es que parecen adquirirse con bastante facilidad en diferentes linajes”, dijo Lippman. “Ahora, la pregunta es, ¿con qué frecuencia la evolución convergente no solo es el rasgo que vemos, sino los genes detrás del rasgo?”
Añadió: “Creo que nuestro estudio es probablemente el primero en demostrar realmente el poder de esas herramientas (secuenciación genética y genómica) para abarcar una distancia evolutiva tan amplia y plantear esta pregunta tan clásica sobre la evolución convergente en la evolución de organismos de plantas o animales”.
El descubrimiento aporta una valiosa herramienta a los investigadores que estudian el grado de protección que ofrecen las espinas contra los herbívoros. Hasta ahora, este nivel de defensa había sido difícil de evaluar, ya que la eliminación manual de las espinas de las plantas ya cultivadas (para comprobar si son más vulnerables sin ellas) daña el tejido y puede comprometer la salud de las plantas, dijo Tyler Coverdale, profesor adjunto de ciencias biológicas en la Universidad de Notre Dame, que no participó en el nuevo estudio.
“Al eliminar las espinas con mutaciones genéticas específicas, podemos comprender mejor el papel ecológico de las defensas físicas de las plantas”, dijo Coverdale en un correo electrónico. “Las espinas son un desarrollo evolutivo clave que permite a las plantas soportar la herbivoría, por lo que muchas de las Solanum espinosas se encuentran en áreas con una diversidad históricamente alta de grandes herbívoros. Sin esta innovación clave, es posible que las Solanum estuvieran mucho más restringidas en su distribución y diversidad”.
Eliminación genética de espinas
Antes de este descubrimiento, otro método para eliminar las espinas de las plantas era intentar cruzar la planta con otra variación que había perdido naturalmente sus espinas, dijo Lippman, razón por la cual hoy en día existen algunas especies de rosas sin espinas.
Pero ahora que se ha identificado el gen responsable de las espinas, los científicos pueden eliminarlas utilizando técnicas de edición genómica como CRISPR, un método que los científicos utilizan para modificar el ADN de los organismos vivos. La edición genética dirigida puede crear más variaciones con facilidad y tiene menos repercusiones en el crecimiento de la planta y la producción de frutos, dijo Coverdale.
“Este estudio no solo nos dice más sobre la evolución de las espinas específicamente, sino que también nos brinda información sobre la mecánica de cómo diseñar vías de desarrollo de plantas para la mejora agrícola”, dijo Vivian Irish, bióloga vegetal y profesora del departamento de biología molecular, celular y del desarrollo de la Universidad de Yale. Irish no participó en el nuevo estudio, pero fue la autora principal de un artículo publicado en la revista Nature. Estudio de 2020 que encontraron espinas creciendo en las plantas a través de la actividad de Células madre.
“(Los genes LOG) han sido cooptados repetidamente (a cambio biológico en la función de un rasgo) en diferentes especies de plantas para la formación de espinas, y también se pierde repetidamente en linajes donde se pierden espinas. … La (c)oopción en muchos niveles diferentes podría ser la regla de oro de la naturaleza, y esa innovación en muchos casos bien podría reflejar la reutilización de genes viejos en nuevas formas”, agregó en un correo electrónico.
Para fines agrícolas, la eliminación de las espinas podría facilitar la cosecha y allanar el camino para que productos menos conocidos lleguen a los supermercados.
Un ejemplo que utilizan los autores son las pasas de uva del desierto, que son bayas que crecen en arbustos espinosos originarios de Australia. Si se les quitan las espinas, podrían cultivarse con mucha más facilidad y serían más similares a las bayas comunes que se encuentran en los supermercados, como los arándanos y las fresas, dijo Lippman.
“Se trata de tener más conocimiento… y entender lo importantes que fueron las mutaciones para darnos los alimentos que comemos en la escala en que los comemos, y saber que hay más potencial ahí fuera”, dijo Lippman. “Cuanto más entendamos lo que ocurre bajo el capó, más posibilidades tendremos de ajustar el sistema, o el motor, por así decirlo, para que funcione aún mejor”.
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