En la carrera evolutiva, innovar es sin duda necesario, pero reciclar genes existentes es a veces más eficaz. De hecho, organismos muy distantes pueden intercambiar un gen mediante transferencia horizontal (HGT), un proceso que trasciende las barreras entre especies.
En un artículo publicado en
Nature Communications, unos científicos nos desvelan la historia evolutiva rocambolesca del gen NAS, transferido horizontalmente en múltiples ocasiones dentro del árbol de la vida.
La pequeña historia de una gran transición
Hace aproximadamente 500 millones de años, un linaje de plantas acuáticas emprendió uno de los acontecimientos más importantes de la evolución: la colonización de la tierra firme. Esta transición decisiva se logró en colaboración con microorganismos, gracias:
- a las
micorrizas, asociaciones simbióticas que facilitan la absorción de nutrientes,
- y a las
transferencias horizontales de genes (HGT), mediante las cuales genes procedentes de microorganismos se transmitieron al ancestro de las plantas, aportando nuevas funciones adaptativas cruciales.
De este linaje emergieron dos grandes grupos:
- las
briofitas (musgos, hepáticas, antocerotas),
- y las
plantas vasculares (licofitas, helechos, coníferas, plantas con flores).
A menudo descritas como supervivientes "primitivas" debido a su morfología simple, las briofitas se consideraban pobres en innovaciones genéticas. Nuevos datos genómicos vienen a cuestionar esta visión.
El estudio de Dong et al., publicado en
Nature Genetics, ha puesto a disposición un extenso recurso: la secuenciación de un centenar de especies de briofitas, que abarca gran parte de su diversidad evolutiva.
Este recurso muestra que las briofitas:
- disponen de una caja de herramientas genéticas extremadamente completa,
- presentan más familias de genes que las plantas vasculares,
- y son testigo de numerosas adquisiciones genéticas a lo largo de su historia evolutiva.
Así, tras su aparente simplicidad se oculta una riqueza genómica notable, reveladora de una dinámica evolutiva intensa.
La NAS, ¡un gen viajero!
En un artículo publicado en la revista
Nature Communications, unos científicos se interesaron por el gen que codifica la enzima NAS. Esta cataliza la síntesis de la nicotianamina, un tripéptido que une y facilita el transporte de metales como el hierro, el cobre, el zinc o el manganeso.
Ausente en los animales, con excepción de un insecto, se encuentra la nicotianamina en las plantas vasculares, donde participa principalmente en el transporte a larga distancia de metales a través de los vasos, así como, de manera inesperada, en el musgo modelo no vascular
Physcomitrium patens, o en ciertos microorganismos.
Esta distribución fragmentada llevó a los científicos a reconstruir la historia del gen NAS dentro del árbol de la vida.
El veredicto es inapelable: la evolución del gen NAS no corresponde a la historia evolutiva de los seres vivos. ¿Por qué? Porque se produjeron varias transferencias horizontales de genes en diferentes periodos, a partir de donantes microbianos distintos.
Un ejemplo particularmente llamativo: el gen NAS del musgo "ancestral"
Physcomitrium no es el antepasado de los genes NAS de las plantas vasculares "modernas", ¡incluso es aproximadamente 150 millones de años más joven!
La importancia de la profundidad de análisis para una nueva visión de la evolución de las plantas terrestres
Gracias a la profundidad de análisis posibilitada por los nuevos genomas publicados por sus colaboradores, los científicos demostraron que:
- Las briofitas adquirieron la NAS de cuatro donantes microbianos diferentes.
- Un gen adquirido por HGT puede ser reemplazado por un segundo HGT varios cientos de millones de años después, un fenómeno nunca antes demostrado.
- Incluso un gen NAS fue transferido de una planta con semillas hacia un hongo, así como hacia un insecto, la mosca blanca.
Estos trabajos revelan un escenario evolutivo donde:
- las transferencias horizontales de genes juegan un papel mucho más central de lo previsto,
- estas transferencias son probablemente mucho más frecuentes de lo estimado hasta ahora,
- y pueden servir no solo para introducir nuevas funciones, sino también para reemplazar un gen existente.
Resumen de las transferencias horizontales (HGT) del gen de la NAS a través del árbol de la vida. Del centro hacia el exterior: Bacterias/Hongos/Plantas terrestres (Embriofitas)/Metazoos.
Cada flecha horizontal indica un HGT independiente de NAS. Cada NAS se distingue por un prefijo indicativo del grupo receptor. Por ejemplo, 1 /FunNAS, indica una transferencia de NAS de hongo hacia el ancestro de un grupo que incluye los musgos Funariales. A lo largo de la evolución de los musgos, una primera NAS (FunNAS; 1) fue reemplazada por otra (HypNAS; 2), mediante dos HGTs sucesivos. Cabe señalar que Bemisia es hasta la fecha la única representante de los metazoos que posee una NAS. La numeración no es indicativa del orden cronológico de las transferencias.
© B. Goffinet CNRS INSB