Describen eventos de transferencia horizontal de genes con impacto evolutivo en una planta parásita

La transferencia horizontal de genes (HGT, por sus siglas en inglés) es un fenómeno frecuente entre plantas terrestres, en particular entre las parásitas y sus hospedantes. Sin embargo, salvo casos excepcionales, el material genético foráneo no es funcional en la planta receptora, por lo que se cree que el impacto evolutivo de este intercambio es mínimo.

En un artículo recientemente publicado en la revista New Phytologist, un grupo de científicos y científicas, liderado por la investigadora independiente del CONICET en el Instituto de Biología Agrícola de Mendoza (IBAM, CONICET-UNCUYO), María Virginia Sánchez Puerta, demostró que la planta Lophophytum mirabile, una holoparásita que crece en el Parque Nacional Calilegua (Jujuy) no solo alberga en su mitocondria una mayoría de genes provenientes de su hospedante, sino que además depende de ellos para llevar a cabo la respiración celular.

“Las plantas holoparásitas representan la forma más extrema de parasitismo vegetal ya que dependen completamente de sus huéspedes. Lophophytum pertenece a una familia de plantas con flor (Balanophoraceae) que reúne a especies parásitas que carecen de clorofila y por lo tanto no realizan fotosíntesis. Tiene sus raíces modificadas en una estructura llamada haustorio, que permite la conexión vascular con las raíces del hospedante a través del cual obtiene nutrientes y agua. Esta planta parasita específicamente un árbol de leguminosas de gran porte de la especie Anadenanthera colubrina”, describe la investigadora.

Lophophytum mirabile alberga en su mitocondria (la parte de la célula encargada de la producción de energía para su funcionamiento) una mayoría de genes foráneos provenientes de la planta hospedante: 23 de los 35 genes de proteínas fueron obtenidos de las leguminosas. Pero lo más interesante es que estos genes han reemplazado el material genético nativo.

Una hipótesis que maneja el equipo de investigación es que la transferencia de genes y ADN no codificante de la planta hospedante, probablemente ocurrió por el movimiento de mitocondrias completas a través del haustorio. Luego, las mitocondrias foráneas y nativas se habrían fusionado y sus genomas se recombinaron para dar lugar a un genoma mitocondrial quimérico. “El genoma mitocondrial actual consiste en 60 por ciento ADN proveniente de las leguminosas y 40 por ciento nativo, este último obtenido por herencia vertical vía materna”.

“El aporte más relevante del artículo es que demostramos que los genes foráneos que dominan la mitocondria de Lophophytum se expresan eficientemente y serían funcionales. En este caso, el impacto del fenómeno de la transferencia horizontal es evidente ya que estos genes dominan la expresión del material genético en la mitocondria de la planta parásita. Sin ellos, no podría llevar a cabo la respiración celular”, explica la bióloga.

Según la investigadora, esta situación pudo haberse originado por selección natural (los genes del hospedante podrían otorgar algún beneficio), por selección neutral (eventos azarosos que no afectan la eficacia biológica de la planta parásita significativamente y que tomaron fuerza por cuellos de botella en el tamaño poblacional de Lophophytum) o ambas. “Nosotros favorecemos la hipótesis de la selección neutral (deriva genética), junto con una alta tasa de transferencia horizontal de genes y de integración del ADN foráneo en el genoma mitocondrial residente”.

“Lophophytum mirabile ha experimentado un nivel sin precedentes de reemplazo de genes nativos por copias foráneas funcionales en el genoma mitocondrial. La proporción de genes foráneos funcionales supera inclusive a los descriptos en bacterias donde la transferencia horizontal de genes es una fuerza evolutiva dominante. Estos resultados invitan a nuevos cuestionamientos sobre la genética de poblaciones y los mecanismos moleculares que subyacen a este nivel tan elevado de incorporación de ADN foráneo”, concluye la investigadora.

Referencia bibliográfica:

García, L. E.; Edera, A.; Palmer. D.J; Sato H.; Sánchez-Puerta M. V. (2020) “Horizontal gene transfers dominate the functional mitochondrial gene space of a holoparasitic plant”. New Phytologist. Doi: 10.1111/nph.16926

Sobre investigación:

Laura E. García. IBAM, Facultad de Ciencias Agrarias y Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UNCUYO)

Alejandro A. Edera. IBAM

Jeffrey D. Palmer. Department of Biology, Indiana University

Héctor Sato. Facultad de Ciencias Agrarias (UNJu)

Virginia Sánchez Puerta. Investigadora independiente. IBAM, Facultad de Ciencias Agrarias y Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UNCUYO)