¿Por qué «desaparecieron» los vínculos entre algunas plantas y los microorganismos del suelo?
Los mutualismos son relaciones ecológicas mutuamente beneficiosas entre diferentes especies, como las aves nectarívoras y los seres humanos. Entre las plantas terrestres y los microorganismos del suelo existe una antigua relación de mutualismo, que se remonta quizá a 450 millones de años, y que ayuda a las plantas a extraer del suelo nutrientes que, de otro modo, podrían estar fuera de su alcance. Sin embargo, algunos grupos de plantas parecen haber perdido este vínculo ancestral. Las razones siguen siendo objeto de debate, aunque existen varias hipótesis. Por ejemplo, la evolución de otras estrategias de obtención de recursos, como el carnivorismo y el parasitismo, está estrechamente relacionada con la desaparición del mutualismo, explica Matheus Bianconi(se abrirá en una nueva ventana), biólogo evolutivo de la Universidad de Toulouse(se abrirá en una nueva ventana). «Esto se puede explicar por la función nutricional que desempeña el simbionte para la planta», afirma. «Una vez que esta función deja de ser necesaria, las plantas pueden perder la capacidad de establecer relaciones de mutualismo sin que ello les suponga ningún coste». A través del proyecto SYMBIOLOSS, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), Bianconi y sus colegas investigaron la pérdida repetida de relaciones mutualistas en las plantas terrestres. El equipo trató de descubrir patrones genéticos que pudieran explicar si el abandono del mutualismo dio lugar a cambios adaptativos que compensaran esa pérdida.
Un repaso a la historia de las relaciones de mutualismo entre plantas y microorganismos
El equipo del proyecto utilizó un enfoque filogenómico(se abrirá en una nueva ventana) para identificar los genes y las mutaciones que controlan los rasgos de interés, analizando los genomas de cientos de especies vegetales que presentan o carecen de mutualismo. A continuación, utilizaron herramientas estadísticas y filogenéticas para identificar los cambios genéticos que se correlacionan con su presencia en las distintas especies. Una vez identificados los genes candidatos, los investigadores los compararon con otros conjuntos de datos y seleccionaron los más prometedores para validarlos en el laboratorio. Este trabajo consistió, por ejemplo, en inactivar o sobreexpresar genes. «Nuestro equipo ha utilizado satisfactoriamente este enfoque para cartografiar la base genética de la simbiosis en las plantas», señala Bianconi. «En este proyecto, hemos utilizado el mismo enfoque, pero a la inversa: analizando qué tienen en común las especies no mutualistas». Los investigadores esperaban que este enfoque revelara genes o redes comunes relacionados con los cambios adaptativos que han evolucionado de forma independiente en especies no mutualistas, así como identificar genes que se habían «reutilizado» tras la pérdida del mutualismo y habían adquirido una nueva función.
Descubrir cambios genéticos
Los resultados sugieren que los cambios genéticos que subyacen a la transición hacia un estilo de vida no mutualista son, de hecho, específicos de cada linaje, y que el mecanismo simbiótico que abandonaron podría haber servido de materia prima para la evolución de nuevas adaptaciones. A continuación, el equipo investigó esta hipótesis en profundidad utilizando hepáticas. «Hemos podido identificar un receptor de membrana que parece ser importante para la simbiosis y que se duplicó repetidamente en las hepáticas no mutualistas», añade Bianconi. «Del mismo modo, identificamos un gen con un posible papel en el metabolismo de los nutrientes que se perdió en las especies de plantas terrestres no mutualistas, salvo en los musgos y algunas hepáticas». Ambos casos se están validando en la actualidad de forma experimental en el laboratorio. «De confirmarse, esto constituiría un ejemplo de genes relacionados con la simbiosis que cambiaron de función tras la desaparición del mutualismo», señala Bianconi.
Investigaciones más exhaustivas sobre la pérdida de las relaciones de mutualismo
En este proyecto se han planteado varias cuestiones, y los investigadores esperan volver a analizarlas en el futuro, sobre todo cuando se disponga de más recursos genómicos para especies no mutualistas. «Hoy en día, hay algunos grupos de plantas de los que se dispone de una amplia muestra, pero muchos de ellos solo contienen una o unas pocas especies, lo que limita la eficacia de los análisis filogenómicos», afirma Bianconi. «Esperamos combinar esto con otros tipos de datos ómicos generados en condiciones controladas, con el fin de obtener nuevos conocimientos».
