En la década de 1960, el biólogo de Penn Dan Janzen, como parte de obtener su doctorado, volvió a describir lo que se ha convertido en un ejemplo clásico de mutualismo biológico: la relación obligada entre las acacias y los árboles de acacias.producir estructuras especializadas para albergar y alimentar a la colonia de hormigas, y las hormigas, a su vez, defienden el árbol contra los herbívoros.
En un nuevo estudio en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , colegas de Janzen's en el Departamento de Biología de Penn descubren un mecanismo genético que programa el lado de la planta de la relación hormiga-acacia. Scott Poethig, biólogo de plantas, y Aaron Leichty, quien obtuvo su Ph.D. trabajando bajo Poethig y esahora un investigador postdoctoral en la Universidad de California, Davis, demostró que estas especies de acacia desarrollan los rasgos necesarios para alimentar a la colonia de hormigas: espinas hinchadas huecas para albergarlas, y nectarios y puntas de folletos ricas en nutrientes llamadas cuerpos de Beltian para alimentarlos- como parte de un fenómeno dependiente de la edad en el desarrollo de las plantas.
"Hay un costo asociado con la creación de estos rasgos", dice Poethig, autor principal del informe, "pero la planta los necesita, de lo contrario es un goner. Dan demostró: sin hormigas, sin plantas. La planta se come por tododesde saltamontes hasta ratones.
"Entonces, está ocurriendo una compensación. Y lo que descubrimos es que estos rasgos parecen haber evolucionado sobre la base de una vía preexistente que gobierna una transición de desarrollo en las plantas".
Agrega Leichty: "Cuando profundizamos en la literatura, descubrimos que muchas estrategias de defensa de las plantas dependen de la edad. Es contradictorio porque crees que las plantas jóvenes querrían comenzar a hacer estas estructuras de inmediato para que no secomido, pero nuestros hallazgos, así como la lógica profunda, sugieren que existen limitaciones biológicas para hacerlos ".
Poethig ha pasado gran parte de su carrera estudiando esta transición, lo que algunos consideran como la "adolescencia" de una planta. Pero no lo había considerado en el contexto de la relación entre las hormigas y la acacia hasta que su hijo tomó los humanos y el medio ambiente de Janzencurso en Penn y aprendí sobre el ejemplo de libro de texto de mutualismo.
"Pensé, ¿no sería interesante si este conjunto de rasgos estuviera controlado por la vía del desarrollo que he estado estudiando durante los últimos 30 años?", Recuerda.
Una pista sugirió que podría ser: en las observaciones de Janzen desde el campo, había notado que las plantas no hacen estas características de inmediato, lo que sugiere que pueden necesitar alcanzar una etapa más madura para hacerlo.
Para obtener algunas semillas para comenzar a analizar esta pregunta con herramientas moleculares, Poethig le pidió a Janzen que comprara algunas, pero también hizo lo que cualquier biólogo del siglo XXI haría: buscó en línea.
"Aterricé en un sitio de Etsy llamado Mr. Nature que vende semillas de Vachellia cornigera , "una especie de acacia nativa de México y Centroamérica, dice Poethig.
La entrega llegó semanas después con no solo las semillas, sino también una vaina de acacia y algunas espinas "y un pequeño letrero que decía:" ¡Ay! ¡Muy filoso! ", Dice Poethig. Esas partes de la planta le permitieron a Janzen confirmar luego la identificación de la especiede una fuente cuestionable
Poethig recolectó otras semillas de un vendedor en Belice y, finalmente, del propio Janzen.
"Cuando fui a recoger las semillas de Dan, su esposa bióloga Winnie estaba allí y dijo: 'Dan, tal vez deberías decirle a Scott de dónde sacaste las semillas'", recuerda Poethig. Janzen continuó explicando que élhabía visto a un mono comiendo las vainas de acacia en su patio delantero en Costa Rica. Janzen luego recolectó las semillas del excremento del mono, cayó mientras comía aún más. Al mes siguiente descubrió que el árbol carecía de su habitual colonia de hormigas, por lo que el monotenía cosechas fáciles
Con las semillas en la mano, Leichty comenzó a desarrollar estrategias para crecer y estudiarlas en el laboratorio. Una vez que las plantas crecieron de manera confiable, observó lo que Janzen había visto en la naturaleza medio siglo antes.
"Efectivamente, los rasgos aparecen pero no de inmediato", dice Leichty.
Mirando las tres acacias diferentes que tenían a mano - Vachellia collinisii de Belice, V. collinsii de Costa Rica, y V. Cornigera de Florida - Leichty y Poethig descubrieron que, aunque el momento preciso difería según la especie, los nectarios extraflorales de las plantas, que están hechos por todas las especies de acacias, aparecieron primero. Las espinas hinchadas se desarrollaron después, y los cuerpos de los Beltianos aparecieron al final.
Los investigadores centraron su atención en los posibles programas para estos rasgos. Obtuvieron la primera secuencia del genoma de a Vachellia especies y observaron específicamente ciertos microARN - secciones cortas, no codificantes del genoma - miR156 y miR157, que previamente habían encontrado asociadas con el control del momento de desarrollo de los rasgos en otras especies de plantas.
A medida que la espina hinchada y otros rasgos que atraen a las hormigas comenzaron a aparecer en la acacia, los niveles de miR156 y miR157 disminuyeron, y los niveles de diferentes factores de transcripción de proteínas reprimidos por estos microARN aumentaron.
Para el siguiente paso en su investigación, Poethig y Leichty consideraron otra observación que Janzen había hecho en el campo; las acacias que crecían a la sombra desarrollaron estos rasgos especializados más lentamente. En el laboratorio, nuevamente encontraron una conexión con miR156 y miR157Las plantas cultivadas en condiciones de poca luz tenían niveles mucho más altos de los microARN y una apariencia posterior de los rasgos de espina hinchada en comparación con sus contrapartes cultivadas a plena luz.
"Los experimentos de sombra condujeron a la demora de todo este camino", dice Leichty, "y ofrecieron una forma simple de perturbar experimentalmente el tiempo de estos rasgos y al mismo tiempo controlar la edad de desarrollo de nuestras muestras".
Para tener una idea de cómo la regulación de estos rasgos puede haber surgido evolutivamente, los investigadores exploraron otras especies de acacia que no producen cuerpos de Beltian ni espinas hinchadas, pero producen nectarios en sus hojas. En estas especies, como en la hormigalas acacias, el declive de miR156 coincidió con la aparición de los nectarios. La similitud entre las acacias a este respecto sugiere que la vía existente se adoptó para regular los otros rasgos que se requieren para un guardaespaldas sano: espinas hinchadas y buena comida, los investigadoresdecir.
Para Janzen, el hallazgo respalda sus descubrimientos de campo, lo que justifica la combinación de investigaciones de campo y laboratorio.
"Mirando desde afuera, como suelen hacer los ecologistas", dice, discernió a partir de sus observaciones de la década de 1960 en Veracruz, México, que las plantas más jóvenes de acacia-hormiga "encienden sus defensas contra los herbívoros" solo cuando aparecenhaber obtenido suficientes recursos.
"Scott y Aaron miraron el mismo evento desde adentro, en todas esas cosas de ADN que no puedo ver", agrega Janzen. "Tengo que tomar su palabra por su existencia. Tienen que tomar mi palabra por la herbivoría y elcolonia protectora de hormigas. Es la diferencia entre los biólogos de organismos enteros y los biólogos moleculares. Observé y pregunté por qué. Observaron y preguntaron cómo ".
Scott Poethig es profesor de John H. y Margaret B. Fassitt en el Departamento de Biología de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Pensilvania.
Aaron Leichty es investigador postdoctoral en la Universidad de California, Davis. Completó un doctorado en el laboratorio Poethig de la Universidad de Pennsylvania.
Dan Janzen es profesor de biología de la conservación y presidente de término de Thomas G. y Louise E. DiMaura en el Departamento de Biología de la Escuela de Artes y Ciencias.
El estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones GM51893 y GM008216, un premio de investigación del fondo Katherine Esau Fellowship, una beca de investigación postdoctoral de la National Science Foundation en biología Grant NSF1812043, la Universidad de Pennsylvania ygobiernos de México y Costa Rica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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