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February 23, 2021
El trabajo, que aparece publicado en la revista Journal of Experimental Botany, podría tener aplicaciones agronómicas futuras en el cultivo de leguminosas como la alfalfa o el guisante Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que trabajan en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas, centro mixto del CSIC y la Universitat Politècnica de València, han demostrado cuáles son las funciones de dos genes clave en el proceso de desarrollo floral de las leguminosas. Los resultados del trabajo han sido publicados en la revista Journal of Experimental Botany.
El desarrollo floral es el proceso por el cual las plantas angiospermas, también llamadas plantas con flores, producen un patrón de expresión génica que en interacción con el ambiente conduce a la aparición de las flores que están compuestas por sépalos, pétalos, estambres y carpelos y permiten la reproducción sexual.
El profesor de investigación del CSIC José Pío Beltrán explica que “en genética molecular tenemos un modelo que explica cómo se produce el desarrollo de los distintos órganos de la flor conocido como modelo ABC, según el cual la identidad de cada órgano de la flor viene definida por la expresión de una serie de genes reguladores, de modo que los sépalos se caracterizan por la expresión de genes de clase A exclusivamente; en los pétalos, en cambio, se expresan los genes de clase A y B; en los estambres, los genes de función B y C establecen su identidad; y en los carpelos, únicamente se requiere de la actividad de genes de función C”.
El investigador del CSIC Luis Cañas añade que “las plantas, como todos los seres vivos, están sometidas a la evolución, que contribuye de forma importante a la especiación y a las diferencias a nivel de especie. Y uno de los mecanismos que emplea la evolución es la duplicación génica, que es la duplicación de una región de ADN que contiene al menos un gen. De hecho, se ha podido observar que la evolución por duplicación génica de los factores de transcripción es decir, las proteínas que participan en la regulación de la transcripción del ADN, ha propiciado la aparición de innovaciones morfológicas en las plantas angiospermas”.
Un sistema modelo empleado para estudiar los mecanismos de la diversificación génica producida durante la evolución de las plantas es el de la familia MADS-box de factores de transcripción, que son proteínas que participan en la regulación de la transcripción del ADN. “El desarrollo floral está controlado por una compleja red de interacciones entre distintos factores de transcripción, muchos de los cuales pertenecen a la familia MADS-box. Por ejemplo, el gen PISTILLATA (PI) controla la identidad de los pétalos y estambres, que corresponde a la función B, en la flor de la planta modelo Arabidopsis thaliana. Pues bien, en la leguminosa modelo Medicago truncatula hemos identificado dos genes PISTILLATA (MtPI y MtNGL9) que se han generado por duplicación de un gen ancestral. Ambos genes difieren en cuanto a sus patrones de expresión, pero hasta ahora no se conocía si sus funciones habían divergido durante su evolución”, aclara Cañas.
En este trabajo se han realizado una serie de estudios funcionales, incluyendo análisis de expresión génica, interacciones proteína-proteína y abordajes de genética reversa diseñados para demostrar las respectivas contribuciones a la función B de cada gen PISTILLATA, en varias especies de leguminosas como la alfalfa o el guisante. “Nuestros estudios de evolución molecular demuestran que el gen MtPI funciona como un regulador principal de la función B en Medicago truncatula, manteniendo completamente la función ancestral, mientras que MtNGL9 no parece tener un papel en este sentido, como si se tratase de un pseudogen que no se expresa. Pero nuestros resultados también proporcionan evidencia de que la selección purificadora es la principal fuerza evolutiva que ha actuado sobre este gen, lo que implica la conservación de su función bioquímica y, alternativamente, la adquisición de un nuevo papel para este gen”, concluye Beltrán. Roque, E., Fares, M.A., Yenush L., Rochina M.C., Wen J., Mysore K.S., Gómez-Mena C., Beltrán J.P. Cañas L.A. Evolution by gene duplication of Medicago truncatula PISTILLATA-like transcription factors. Journal of Experimental Botany. 2016. Publicado online 15-01-2016, DOI: 10.1093/jxb/erv571.
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