Los genes importantes para el mecanismo de crecimiento y división celular de las plantas parecen haber migrado provenientes de otros grupos de seres vivos, con los cuales no existe ningún tipo de relación ancestral. Los fragmentos de ADN habrían sido adquiridos de manera desconocida por las algas carofitas, el grupo de algas verdes que le dio origen a las plantas terrestres, hace alrededor de 600 millones de años. Una investigación de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) reveló cuáles fueron los organismos donantes, de acuerdo con un artículo publicado a finales de febrero en la revista científica New Phytologist.
La pista sobre la apropiación de genes ajenos al linaje directo apareció en forma accidental: mientras estaban investigando las secuencias genéticas de las enzimas que degradan los carbohidratos en las paredes celulares de las plantas, los investigadores descubrieron que éstas aparecieron repentinamente en el camino evolutivo: las algas carofitas poseían los genes, pero las demás no. “Como la posibilidad de que hayan aparecido por casualidad, a través de mutaciones aleatorias, es mínima, decidimos entonces hacer una búsqueda en especies más distantes en el tiempo”, dice el genetista Luiz Eduardo Del Bem, de la UFMG.
El equipo buscó los datos genéticos de todas las especies de seres vivos que no fueran plantas (desde bacterias hasta rinocerontes), disponibles en el banco de genomas del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI), en Estados Unidos. Después de meses de búsqueda y comparación, encontraron los mismos genes que codifican enzimas en algunas especies de hongos y de bacterias. Este hallazgo destaca el fenómeno biológico conocido como transferencia horizontal de genes.
Otro resultado que les llamó la atención a los investigadores es que, con el tiempo y la evolución de los linajes de plantas, los genes adquiridos por transferencia sufrieron una serie de duplicaciones (de 20 genes iniciales a 400 en algunos grupos de plantas actuales) y un cambio radical en el papel jugado por sus enzimas. Originariamente esas enzimas eran responsables de la digestión de los hidratos de carbono como fuente de energía para las células de los microorganismos, mientras que en la actualidad actúan tanto en la remodelación de las paredes celulares vegetales durante la replicación celular como en la protección contra hongos y patógenos, al digerir la quitina constituyente de los invasores.
Como las paredes celulares están intrínsecamente relacionadas con el crecimiento y el soporte estructural de las plantas, su aparición fue esencial para la transición de la vida acuática a la terrestre. Por tal motivo, Del Bem considera que la adquisición genética proveniente del intercambio entre microorganismos ha de haber sido crítica para el curso de la evolución y la diversidad biológica que conocemos en la actualidad. “Se trata de impactos muy básicos en la historia de la diversificación de las especies que realizan la fotosíntesis y, por consiguiente, en todos los ecosistemas y formas de vida terrestre que dependen de ella”.
La transferencia horizontal de genes desafía el concepto de que la vida evoluciona en formato de árbol, como lo postuló Charles Darwin (1809-1882), con características que pasan de una generación a otra dentro de un mismo linaje. La transmisión entre diferentes grupos de organismos quedaría mejor definida a través una red interconectada. Si hasta hace aproximadamente una década el intercambio de genes era considerado una rara excepción, casi siempre ejemplificada en casos de virus y bacterias que les pasaban material genético a sus hospedantes, hoy en día se tiene conocimiento de especies más complejas y emparentadas de forma más lejana.
La mayoría de las veces no se trata de una transferencia aleatoria, ya que implica algún contacto entre los organismos, fuera del contexto reproductivo. La bióloga Suzana Alcántara, de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), que investiga la diversificación de las plantas, menciona un caso: la mosca blanca (Bemisia tabaci) que, durante la evolución, se apoderó de genes vegetales que le permitieron neutralizar la acción de las toxinas con las que las plantas se defienden de los insectos. Otro ejemplo, según la genetista Nathalia de Setta, de la Universidad Federal del ABC (UFABC), es el de los genes de serpientes incorporados por el antepasado de los actuales animales bovinos a través de las garrapatas. También existen indicios del traspaso de genes de serpientes a sapos en Madagascar, probablemente también mediado por parásitos comunes a ambos. En los dos casos se trata de un elemento de transposición, que al replicarse se instala en diferentes partes del genoma, proporcionando variabilidad genética y la posibilidad de que surjan nuevas funciones.
Para ambas investigadoras, la acumulación de secuenciación completa del genoma en bases de datos en los últimos años y la facilidad de acceso a esta información están detrás de la creciente aceptación en la comunidad científica sobre la importancia de este fenómeno en el proceso evolutivo. De Setta se sorprendió al identificar genes “importados” en las moscas drosófilas que estaba estudiando en su doctorado, lo que no era el objetivo inicial de su investigación. Aun así, sostiene que deberían agotarse otras posibilidades antes de apunta hacia la transferencia horizontal para explicar la presencia de un gen inesperado.
Un reloj molecular
El método de comparación que emplearon los investigadores de la UFMG también permitió calcular el momento más probable de incorporación genética. Aproximadamente 23 genes distintos, de origen bacteriano y fúngico, pasaron a formar parte del ADN de las algas carofitas hace entre 750 y 550 millones de años, durante el período Precámbrico. En dicho período, puede imaginarse al medio terrestre como un escenario rocoso, sin vegetación ni animales, habitado por comunidades de microorganismos. Para Del Bem, estos microbosques, formados por bacterias, algas, protozoos y hongos unicelulares, habrían sido los pioneros en colonizar el espacio fuera del agua y proporcionaron las condiciones ideales para las transferencias genéticas, ya que, para que esto ocurra, es necesario que las células se encuentren físicamente cerca unas de otras.
Durante la convivencia diaria y estrecha con otros organismos del intestino, en las mucosas y en la piel, ya sean ellos aliados o causantes de enfermedades, los intercambios genéticos entre células humanas y las de estas poblaciones pueden ser frecuentes. “Esto refuerza la idea de que el material genético es mucho más fluido horizontalmente de lo que imaginábamos”, destaca Alcántara. “Hasta qué punto esto afecta a la evolución de los linajes es algo que todavía debe entenderse mejor, especialmente si consideramos esa interacción constante entre los organismos”, afirma.
Estar cerca es una condición principal, pero aún se desconocen los mecanismos exactos referentes a cómo en cada caso el material genético terminó estando también en otro organismo. Hay formas conocidas y observables en la naturaleza (que incluso inspiraron las primeras técnicas de producción de transgénicos), con bacterias y virus como vehículos de fragmentos de ADN o ARN. Otras posibilidades incluyen los intercambios que ocurren entre las mitocondrias y el núcleo celular, y la absorción directa del material genético liberado en el ambiente por la muerte de una célula.
La botánica norteamericana Pamela Soltis, curadora del Museo de Historia Natural de Florida y reconocida internacionalmente por investigar los patrones que generan la diversidad biológica, explica que considerar los impactos de la transferencia horizontal es relevante en los estudios de evolución de las plantas. “Es un proceso realmente fascinante, porque el nuevo material genético brinda oportunidades potencialmente valiosas para las adaptaciones de las especies receptoras”, reflexiona en la entrevista realizada por correo electrónico con Pesquisa FAPESP. Sin embargo, ella destaca la importancia de explorar cómo ocurrieron en los casos que se siguen descubriendo.
Soltis advierte que, tras la transferencia, entran en juego otros factores evolutivos, igualmente esenciales para comprender una determinada característica de la especie. “Por ejemplo, tanto las duplicaciones como el cambio de función que sufrieron los genes de hongos y bacterias, después de haber sido incorporados por las algas, contribuyeron a la diversificación de las plantas en el medio terrestre”, concluye.
Artículo científico
KFOURY, B. et al. Multiple horizontal gene transfer events have shaped plant glycosyl hydrolase diversity and function. New Phytologist. v. 242, n. 2, p. 809-24. 28 feb. 2024.
Republicar
