L'umile arbusto getta luce sulla storia delle piante da fiore

Outlier informativo. Il genoma nucleare e il genoma mitocondriale di questa pianta della Nuova Caledonia parlano della ricca storia delle piante da fiore.

Amborella è l'ornitorinco a becco d'anatra delle piante da fiore. Come la bizzarra creatura dalla coda di castoro, che rappresenta il primo ramo di mammiferi, il grande arbusto con fiori bianchissimi si trova sul ramo più basso dell'albero genealogico delle piante da fiore. E proprio come il genoma dell'ornitorinco ha aiutato i ricercatori a capire che aspetto avevano i primi genomi dei mammiferi, la sequenza appena pubblicata di Amborella indica un antenato che era in realtà abbastanza sofisticato geneticamente. Confrontando il DNA di questa pianta con altri genomi delle piante, i ricercatori stanno acquisendo una più forte sensazione di come le piante da fiore siano arrivate a dominare la Terra.

"Questo è un passo molto significativo in termini di classificazione di ciò che è accaduto all'inizio dell'evoluzione e di quello che è accaduto dopo", dice Michael Donoghue, un biologo evoluzionista dell'Università di Yale, che non è stato coinvolto nella ricerca.

Le piante da fiore, dette anche angiosperme, sorsero almeno 160 milioni di anni fa e si diffuse rapidamente; oggi, contano più di 300.000 specie che adornano il paesaggio e nutrono il mondo. Quando Charles Darwin guardò la documentazione sui fossili, rimase stupito di quanti diversi tipi di angiosperme si fossero evoluti così rapidamente, definendo questo scoppio "un mistero abominevole".

Sapendo che il Amborella il genoma fornirebbe indizi su questo puzzle, un grande consorzio ha sequenziato il suo DNA e ha confrontato quella sequenza con il DNA di quasi due dozzine di altre piante. Tra Amborella Gli 800 milioni di blocchi di DNA, chiamati basi, hanno trovato prove l'intero genoma era stato duplicato in passato , raddoppiando il numero di geni e la dimensione del genoma. Hanno scoperto prove di questa duplicazione in altre piante da fiore, ma non in conifere e altre gimnosperme, che producono semi ma senza fiori e hanno preceduto l'evoluzione delle piante da fiore. L'intero evento di duplicazione del genoma si è verificato probabilmente nell'antenato di tutte le angiosperme, circa 240 milioni di anni fa, il Amborella Genome Project riporta oggi a Scienza .

Questo antenato "ha iniziato con un set completamente nuovo di geni duplicati", afferma Michael Clegg, un genetista delle piante presso l'Università della California, Irvine, che non era coinvolto nel lavoro. "I geni duplicati possono assumere una nuova funzione". Infatti, i confronti del genoma hanno rivelato che le angiosperme hanno evoluto 1179 nuovi geni, molti dei quali hanno dato origine a ulteriori geni correlati per creare famiglie di nuovi geni, dice il progetto del co-leader Claude dePamphilis, un biologo evoluzionario presso la Pennsylvania State University, University Park. Due nuovi geni, ad esempio, consentono la formazione di cellule conduttrici d'acqua chiamate elementi di vasi che non si trovano nelle piante di semi non fiorenti.

I dati indicano anche che l'angiosperma ancestrale aveva il portafoglio base di geni per fare fiori, tra cui 21 geni MADS-box che aiutano a determinare quale parte del fiore - come un petalo o una forma di stame dove. Ma Amborella , che è venuto dopo, ha più: 36 geni MADS-box, e altre piante da fiore, che hanno subito più duplicazioni dell'intero genoma, hanno ancora di più, riferiscono i ricercatori. Pensano che questi geni aggiuntivi abbiano spianato la strada a fiori colorati e più strutturati e formosi nelle angiosperme in evoluzione successiva.

Molte delle intuizioni dall'analisi di tutto il genoma conferma ciò che i ricercatori avevano pensato . Ma il genoma mitocondriale - cinque cromosomi che esistono nei mitocondri separati dal DNA nel nucleo - ha avuto una grande sorpresa. Le sue 3,8 milioni di basi includere i genomi mitocondriali completi di tre alghe verdi e un muschio, così come i geni di altre piante , il biologo evoluzionista Jeffrey Palmer dell'Università dell'Indiana, Bloomington, e i suoi colleghi riportano oggi in un altro documento in Scienza . Alcune altre piante hanno grandi genomi mitocondriali- Amborella È sei volte la dimensione tipica, ma nessuno ha così tanto DNA estraneo. Palmer dice che fa Amborella uno dei casi più estremi di trasferimento genico orizzontale, un processo in cui una specie assume geni di un'altra specie. La maggior parte di questi geni stranieri non fa nulla, essendo degenerata in pseudogeni.

Nessuno sa perché Amborella è un genitone del genere. Amborella vive naturalmente solo in Nuova Caledonia, in un ambiente umido, con molti licheni e altri organismi che crescono sulle sue superfici. Quando viene ferita, la pianta invia dei polloni che potrebbero assorbire i mitocondri stranieri, che potrebbero successivamente fondersi con i propri mitocondri, suggerisce Palmer.

"Se questo meccanismo proposto è vero, dovremmo vederlo in altre piante", dice Donoghue, perché molte piante condividono quartieri ravvicinati con muschi e licheni e hanno risposte simili alle ferite. Altre piante potrebbero assimilare altri genomi frequentemente ma liberarsi rapidamente del DNA in eccesso, mentre Amborella basta aggrapparsi ad esso. Palmer accetta questa spiegazione, chiamando Amborella un "ghiottone costipato". Ma la conclusione, afferma la biologa evolutiva Erika Edwards della Brown University, è che "documentare questi inserimenti di tutto il genoma è davvero fantastico".

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