Nuevas investigaciones de la Universidad de Viena revelan que los árboles tropicales respiran por la noche gracias a antiguas duplicaciones del genoma. Estas duplicaciones proporcionaron a los árboles una forma eficaz de ahorrar agua a través de una estrategia de fotosíntesis que ha perdurado durante millones de años. El estudio muestra cómo el reordenamiento genético a lo largo del tiempo equipó a estas plantas con un mecanismo de ahorro de agua que podría potencialmente aplicarse al desarrollo de cultivos resistentes a la sequía.
La Estrategia de Respiración Nocturna
Los científicos estudiaron tres especies de Clusia para rastrear cómo surgió este tipo de fotosíntesis que ahorra agua dentro de un solo grupo de plantas. El enfoque implica la absorción de dióxido de carbono por la noche y su almacenamiento como ácido málico, con los poros de la planta permaneciendo cerrados durante el caluroso día para evitar la pérdida de agua. Se le conoce como fotosíntesis CAM, o Metabolismo Ácido Crassuláceo.
La Comparación de Clusia
Los investigadores examinaron el material genético de tres especies de Clusia, cada una mostrando un tipo distinto de comportamiento CAM: Clusia rosea, Clusia minor y Clusia major. Su trabajo combinó información molecular con observaciones de cómo las plantas se desempeñaban en entornos que reflejaban su entorno natural.
Entre los árboles del género Clusia, el uso de CAM se encuentra en ninguna otra parte. Ese género muestra una amplia variedad de métodos fotosintéticos, que van desde la fotosíntesis ordinaria C3 hasta una CAM muy potente.
Duplicación del Genoma Antiguo
La investigación genómica mostró que los genomas de las tres especies de Clusia llevan una profunda historia de multiplicación. Estos genomas se ampliaron a través de eventos de duplicación antiguos, después de los cuales sufrieron períodos prolongados de reorganización y transformación.
El autor principal, Hannes Kramml, del Departamento de Sistemas Moleculares Biología dentro del Departamento de Ecología Funcional y Evolutiva de la Universidad de Viena, explica: «En el proceso, las copias de genes se pierden, se desactivan o adquieren nuevas funciones».
El segundo autor principal, Johannes Herpell, añade: «Los genes cruciales para el almacenamiento nocturno de CO2 en el metabolismo CAM se ven particularmente afectados».
Reconfigurando los Genomas
«Los genomas no se han multiplicado simplemente; a lo largo de millones de años, han sido reorganizados, reducidos y funcionalmente reconfigurados», explica el líder del estudio, Wolfram Weckwerth. «Esta enorme plasticidad explica la diversidad fisiológica de CAM en el género Clusia.»
En entornos de invernadero casi naturales, los investigadores observaron los árboles durante un día completo mientras modificaban la cantidad de agua que recibían. Sus observaciones se basaron tanto en lecturas de la fisiología de las plantas como en estudios de la actividad génica, las proteínas y los compuestos metabólicos.
Diferentes Especies, Diferentes Enfoques
Las tres especies mostraron enfoques notablemente diferentes:
- Clusia rosea utiliza un CAM fuerte y almacena cantidades sustanciales de dióxido de carbono como ácido málico durante la noche.
- Clusia minor enciende principalmente el CAM cuando experimenta condiciones estresantes.
- Clusia major utiliza una estrategia híbrida que combina la fotosíntesis C3 y el CAM.
Los patrones de actividad génica y metabolismo revelaron esas mismas diferencias fisiológicas, brindando a los investigadores una forma de vincular el comportamiento de las plantas con los cambios genómicos que encontraron.
Un Único Evento, Múltiples Resultados
Los resultados apuntan a múltiples eventos separados que impulsan el desarrollo de CAM dentro de Clusia, en lugar de un único cambio evolutivo. En cambio, las reorganizaciones repetidas del genoma parecen haber producido distintas variaciones sobre el enfoque de conservación de agua, ayudando a las especies individuales a adaptarse a una amplia gama de entornos.
Más Allá de los Árboles Tropicales
Los hallazgos podrían eventualmente tener peso más allá de los árboles tropicales. Las plantas que dependen del CAM requieren sustancialmente menos agua que aquellas que dependen por completo de formas más convencionales de fotosíntesis. Esa cualidad las convierte en modelos potencialmente útiles para la cría de cultivos capaces de sobrevivir a la sequía.
Los datos genómicos recientemente disponibles pueden utilizarse para identificar vías metabólicas vinculadas a la eficiente captación de CO2 y la conservación del agua.
«Esta enorme plasticidad explica la diversidad fisiológica de CAM en el género Clusia.»
Fuente: “Estos árboles tropicales respiran de noche para sobrevivir a la sequía,” ScienceDaily.
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