INVESTIGACIÓN Y TRANSFERENCIA
INVESTIGACIÓN
Nuevos descubrimientos sobre los orígenes recurrentes y la estabilidad subgenómica de plantas alopoliploides de investigadores de la EPS-Huesca, China e Israel
Una reciente publicación en la prestigiosa revista Molecular Biology and Evolution, titulada “Subgenomic stability of progenitor genomes during repeated allotetraploid origins of the same grass Brachypodium hybridum” presenta nuevos hallazgos sobre los orígenes múltiples y la estabilidad subgenómica de plantas alopoliploides, resultado de las investigaciones desarrolladas por Pilar Catalán, investigadora de la Escuela Politécnica Superior de Huesca y del BIFI de la Universidad de Zaragoza, e investigadores de China e Israel.
El estudio descubre un tercer origen recurrente de la misma especie de gramínea alotetraploide Brachypodium hybridum en el este del Mediterráneo, a partir de ancestros locales de sus dos especies progenitoras diploides B. stacei y B. distachyon. Las tres especies constituyen un sistema modelo, empleado para descifrar la evolución de la poliploidía en plantas, un fenómeno que afecta a más del 50% de las angiospermas actuales (y a su totalidad, si consideramos que las ~280.000 plantas con flores existentes hoy en día son todas descendientes de ancestros paleopoliploides). El origen de las plantas alopoliploides actuales tuvo lugar por hibridaciones interespecíficas pretéritas de especies progenitoras evolutivamente próximas entre sí pero con diferentes genomas; esos híbridos interespecíficos estériles duplicaron sus genomas heredados, convirtiéndose así en nuevas especies alopoliploides fértiles. Los subgenomas heredados coexisten actualmente en el núcleo de la nueva especie alopoliploide.
En muchas plantas alopoliploides, la irrupción de la coexistencia de dos (o más) subgenomas distintos en el mismo núcleo ha causado profundas re-organizaciones cromosómicas y de los sistemas de regulación génica, para tratar de compensar el desequilibrio del choque de esos sistemas génicos dispares, en lo que se ha denominado “shock genómico poliploide”, término acuñado por Bárbara McClintock en 1984. En varias de estas especies alopoliploides, esas remodelaciones implican intercambios de fragmentos cromosómicos entre los distintos subgenomas, que conllevan duplicaciones y delecciones recíprocas, así como expresiones diferenciales de genes homeólogos de un subgenoma u otro, llegando a convertirse un subgenoma en dominante (con sobreexpresión de una mayoría de genes) y otro en sumisivo (con baja o nula expresión de esos genes), y cuyas consecuencias afectan al fenotipo. Sin embargo, en ciertas plantas alopoliploides no se ha detectado la existencia de estas remodelaciones post-poliploides.
La generación de varios genomas de referencia y transcriptomas de Brachypodium hybridum ha permitido investigar a los autores del estudio si se han llegado a producir o no re-estructuraciones cromosómicas y remodelaciones de la expresión génica entre sus dos subgenomas progenitores en cada uno de los tres linajes, de orígenes distintos, que ha tenido la planta a lo largo del tiempo evolutivo (desde el linaje más ancestral hace ~2-1,4 millones de años, hasta el más reciente hace ~130 mil años). Los resultados indican que ninguno de los tres linajes de B. hybridum muestra evidencias significativas de haber experimentado re-organizaciones cromosómicas o dominancia entre los subgenomas, apoyando la alta estabilidad subgenómica de todas las plantas de la especie alotetraploide, que posiblemente se convirtieron en anfidiploides inmediatamente después de las respectivas hibridaciones interespecíficas y duplicaciones genómicas. Esto pudo haber sido causado por la gran diferencia entre los cariotipos cromosómicos subgenómicos y por la expresión balanceada de genes en ambos subgenomas. B. hybridum se convierte así en una planta modelo de estabilidad subgenómica alopoliploide, sin verse afectada por los efectos disturbadores del “shock genómico poliploide” que si presentan otras plantas alopoliploides.
El trabajo ha demostrado también que la correcta detección de intercambios cromosómicos entre subgenomas requiere el análisis comparado con genomas progenitores próximos a los subgenomas del alotetraploide, mientras que el uso de otros más divergentes da lugar a la detección de “falsas” re-estructuraciones genómicas.
El estudio ha sido desarrollado por el equipo de investigadores de la Universidad de Lanzhou (China), las Universidades de Haifa y Tel-Aviv (Israel) y la EPSHU-Universidad de Zaragoza (España). La investigación ha sido financiada por los programas Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research program (proyecto 2019QZKK0502), Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (proyecto XDB31010300), e International Collaboration 111 Program (proyecto BP0719040) a Jianquian Liu y Eviatar Nevo, y por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España (proyecto PID2019-108195GB-I00), el Gobierno de Aragón (proyecto LMP82-21) y el Gobierno de Aragón - Fondo Social Europeo (grupo de investigación Bioflora) a Pilar Catalán.
Enlace al artículo: https://doi.org/10.1093/molbev/msad259,
Imagen 1. Los tres orígenes recurrentes de la gramínea alotetraploide Brachypodium hybridum (linajes Bhyb-26, Bhyb-ABR113, Bhyb-ECI) en distintos periodos históricos en la cuenca Mediterránea, a partir de la hibridación de sus especies progenitoras diploides B. stacei (Bsta) y B. distachyon (Bdis) y posterior duplicación genómica.
Imagen 2. Pasto de plantas anuales de Brachypodium hybridum
Imagen 3. Muestreo de poblaciones de Brachypodium hybridum y sus especies progenitoras.
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