Algunas plantas parásitas roban material genético de sus plantas anfitrionas y usan los genes robados para extraer de manera más efectiva los nutrientes del huésped. Un nuevo estudio dirigido por investigadores de Penn State y Virginia Tech revela que el forraje de plantas parásitas ha robado una gran cantidad dematerial genético de sus anfitriones, incluidos más de 100 genes funcionales. Estos genes robados contribuyen a la capacidad del dodder de engancharse y robar nutrientes del huésped e incluso enviar armas genéticas al huésped. El nuevo estudio aparece el 22 de julio de 2019 en eldiario Plantas naturales .
"La transferencia horizontal de genes, el movimiento de material genético de un organismo al genoma de otra especie, es muy común en los microbios y es una forma importante en que las bacterias pueden adquirir resistencia a los antibióticos", dijo Claude dePamphilis, profesor de biología en Penn Statey autor principal del estudio. "No vemos muchos ejemplos de transferencia horizontal de genes en organismos complejos como las plantas, y cuando lo vemos, el material genético transferido generalmente no se utiliza. En este estudio, presentamos la mayoríadramático caso conocido de transferencia funcional horizontal de genes que se haya encontrado en organismos complejos ".
Las plantas parásitas como el dodder no pueden vivir solas generando energía a través de la fotosíntesis. En cambio, usan estructuras llamadas haustoria para aprovechar el suministro de agua y nutrientes de la planta huésped. Dodder se envuelve alrededor de su planta huésped, creciendo en su tejido vascular,y a menudo se alimenta de múltiples plantas al mismo tiempo. Puede parasitar muchas especies diferentes, plantas silvestres y aquellas de importancia agrícola y hortícola.
"Las plantas parásitas viven muy íntimamente en conexión con su huésped, extrayendo nutrientes", dijo dePamphilis. "Pero también obtienen material genético en el proceso, y algunas veces incorporan ese material en su genoma. Estudios previos se centraron en genes transferidos individuales.Aquí, utilizamos conjuntos de datos a escala del genoma sobre la expresión génica para determinar si la gran cantidad de material genético que llega a través de la transferencia horizontal de genes se está utilizando realmente ".
El equipo de investigación identificó 108 genes que se han agregado al genoma del dodder por transferencia horizontal de genes y ahora parecen ser funcionales en el parásito, contribuyendo a la estructura de haustorios, respuestas de defensa y metabolismo de aminoácidos. Un gen robado incluso produce pequeños segmentos deARN conocido como micro ARN que se envían de vuelta a la planta huésped, actuando como armas que pueden desempeñar un papel en el silenciamiento de los genes de defensa del huésped.
El equipo utilizó criterios rigurosos para determinar si el material genético robado era funcional: los genes debían ser completos, tenían que contener todas las partes necesarias de un gen, debían transcribirse en una secuencia de ARN quemás tarde construye proteínas, y tuvieron que expresarse en estructuras relevantes. El equipo también exploró la evolución de estos genes transferidos como soporte adicional para la funcionalidad.
"Comparamos la secuencia genética de un gen con genes estrechamente relacionados, y buscamos una firma especial en cómo evoluciona esa secuencia para determinar si es probable que sea funcional", dijo dePamphilis. "Ciertos tipos de mutaciones en un gen no afectan elproteína que el gen codifica y, por lo tanto, no afecta la función del gen. Cuando vemos grandes cantidades de este tipo de mutaciones, a diferencia de las mutaciones que pueden cambiar o alterar la función del gen, es una fuerte evidencia de que la selección natural está actuando para mantenerlas proteínas intactas y útiles "
Dieciocho de los 108 genes aparecen en todas las especies de dodder, lo que sugiere que estos genes fueron originalmente robados por la forma ancestral de dodder y se mantienen en las especies modernas.
"Esta es la primera vez que cualquier estudio ha visto evidencia de que las transferencias horizontales de genes ocurrieron temprano en la evolución de un grupo parasitario", dijo dePamphilis. "En este caso, 18 de estos genes estaban presentes en el ancestro común de todos los vivosespecies de estiércol, que pueden haber contribuido a la propagación exitosa de estos parásitos "
El equipo también identificó 42 regiones en el genoma del dodder que parecen ser el resultado de la transferencia horizontal de genes, pero no tienen genes funcionales.
"Debido a que una gran cantidad de material genético ha llegado a través de la transferencia horizontal de genes, sospechamos que las plantas parásitas no pueden filtrar lo que está entrando", dijo DePamphilis. "Pero la selección natural está ayudando a mantener los genes útiles y filtrar elsegmentos menos útiles "
Los investigadores están investigando actualmente cómo se está transfiriendo exactamente el material genético del huésped al parásito. También les gustaría explorar si esta transferencia es una calle de sentido único o si el huésped puede obtener material genético de su parásito.
"Nos encantaría saber cuán extensa es realmente la transferencia horizontal de genes", dijo dePamphilis. "Observamos solo una de las especies de estiércol, que es solo una de las más de 4000 especies de plantas parásitas. ¿La transferencia horizontal de genes es funcional?los genes ocurren en la misma medida en otras especies? ¿Es posible en plantas no parásitas? ¿En otros organismos complejos? Esta puede ser la punta del iceberg ".
Además de dePamphilis, el equipo de investigación incluye al primer autor Zhenzhen Yang, un estudiante graduado en el Programa de Posgrado de Biología Vegetal en Penn State en el momento de la investigación, así como a los investigadores de Penn State Eric Wafula, Saima Shahid, Paula Ralph, PrakashTimilsina, Wen-bin Yu, Elizabeth Kelley, Huiting Zhang, Thomas Nate Person, Naomi Altman y Michal Axtell; Joel McNeal en la Universidad Estatal de Kennesaw; y los investigadores de Virginia Tech Gunjune Kim y su coautor James Westwood. Este trabajo fue financiado enparte de la National Science Foundation y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. El Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura, el Departamento de Biología del Estado de Penn y los Institutos de Ciencias de la Vida de Penn State proporcionaron apoyo adicional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :