Investigadoras de la UAM han estudiado la evolución de la familia de las hiedras utilizando técnicas de secuenciación masiva del genoma
El equipo PlantBEE (Land Plant Biogeography, Ecology and Evolution) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) lleva más de una década estudiando la evolución de la familia de las hiedras, las araliáceas. En concreto, estudia el Grupo Asiático de Hojas Palmeadas (“AsPG”, por sus siglas en inglés), que representa el 50% de la diversidad de araliáceas.
El AsPG se distribuye por todos los continentes, menos la Antártida. Curiosamente, la máxima diversidad está en las latitudes tropicales de Asia y América (16 géneros, 900 especies), mientras que en latitudes templadas la diversidad es muy escasa (6 géneros, 55 especies).
Uno de los enigmas al que el equipo ha dedicado más tiempo, es a desentrañar la historia evolutiva del AsPG. Para ello, las investigadoras han estudiado el ADN, el cual proporciona piezas sueltas (genes) que juntas componen el genoma.
En un trabajo reciente, el cual forma parte de la tesis doctoral de la investigadora Angélica Gallego Narbón (dirigida por los profesores Virginia Valcárcel y Mario Fernández-Mazuecos), el equipo ha descubierto que los géneros actuales del AsPG surgieron en muy poco tiempo como fruto de la hibridación entre especies.
Estos resultados, publicados en la revista Journal of Systematics and Evolution, fueron obtenidos gracias a técnicas de secuenciación masiva del genoma.
De los estudios con Sanger a la secuenciación masiva
Las filogenias representan las relaciones evolutivas entre las especies mediante árboles muy similares a los que muestran el parentesco en las genealogías familiares, pero utilizando para ello la información contenida en los genes del genoma. Tradicionalmente estos genes eran obtenidos con secuenciación Sanger, una técnica que no permite secuenciar muchos genes.
“Sabemos que el genoma completo de una planta puede contener más de 100.000 genes. Por ello, los 2-10 genes que solíamos analizar en los estudios con Sanger a menudo impedían completar el puzle de la filogenia. Sin embargo, las nuevas técnicas de secuenciación masiva permiten fácilmente obtener cientos de genes o incluso el genoma completo”, detallan las autoras.
Así, los estudios de Sanger en el AsPG proporcionaban un puzle muy incompleto sobre el que era muy difícil esclarecer la historia evolutiva del grupo. Mediante secuenciación masiva, en 2019, el equipo obtuvo una filogenia nueva con el genoma completo del plasto (>200 genes). El plasto es uno de los tres genomas en los que se organiza el ADN en las células vegetales.
Aunque esta filogenia clarificaba las relaciones de parentesco más cercano (similar a las relaciones entre hermanos, primos, padres y tíos), el parentesco más antiguo (relaciones entre abuelos, bisabuelos y tatarabuelos) seguía siendo un misterio.
“Este resultado fue muy estimulante, pues indicaba que los ancestros más antiguos del AsPG se originaron en muy poco tiempo, lo que llamamos ‘radiación’, un proceso de gran interés evolutivo”, apuntan las investigadoras.
“Aunque no sabíamos qué había provocado esta radiación, teníamos pistas. En 2014 hipotetizamos que los primeros ancestros del AsPG debieron originarse por hibridación entre especies. De ser así, la radiación podría explicarse por estas hibridaciones, ya que la hibridación es un fenómeno que genera nuevas especies en muy poco tiempo. Necesitábamos entonces estudiar el genoma nuclear para compararlo con el plastidial y ver si había habido hibridación”.
Filogenias nuclear y plastidial de las Araliáceas, con especial detalle del Grupo Asiático de Hojas Palmeadas (AsPG). Los triángulos de colores indican los géneros vivos de las Araliáceas y los círculos muestran los ancestros que los originaron (ahora extintos), el violeta el antepasado común a todo el AsPG y los verdes son los antepasados más antiguos del AsPG que descienden del antepasado común y han originado toda la diversidad que vemos hoy / Gallego Narbón et al. 2022
Dos historias distintas
El genoma nuclear contiene información de la madre y del padre, al contrario que el plastidial que sólo cuenta con información de la madre. Por ello, si hay hibridación y madre y padre son especies diferentes, es muy importante comparar ambos genomas, ya que muy probablemente contarán historias evolutivas diferentes.
En efecto, las dos nuevas filogenias (nuclear y plastidial) sugerían historias muy distintas, confirmando la hipótesis de hibridación. Esta hibridación no sólo afectaba al origen de los primeros ancestros dentro del AsPG, sino también al del antepasado común de todo el grupo.
“Identificamos también una duplicación del genoma en este antepasado común que pasó de los 24 cromosomas que tienen la mayoría de las araliáceas a 48. Por sorprendente que pueda parecer, duplicaciones como ésta son muy comunes en plantas, donde además se ha visto que tras la duplicación es frecuente que se produzca una radiación. Es decir, el mismo patrón que observamos en el AsPG”.
“Aunque esto entra ya en el terreno de la especulación —continúan las investigadoras—, esta duplicación del genoma podría haber favorecido la radiación, pues el aumento de variabilidad genética (doble de genes y procedentes de especies diferentes) puede proporcionar una gran capacidad de adaptación ante cambios ambientales generando nuevas especies en poco tiempo”.
“La pregunta que nos planteamos ahora, dada la desigual diversidad del AsPG en los trópicos y en las zonas templadas, es si el clima pudo tener algo que ver en este escenario”, concluyen las autoras.
Referencia bibliográfica:
Gallego Narbón, Á., Wen, J., Liu, J., Valcárcel, V. 2022. Hybridization and genome duplication for early evolutionary success in the Asian Palmate group of Araliaceae. Journal of Systematics and Evolution.
