Un estudio liderado por investigadores del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) revela que genes clave necesarios para el desarrollo del carpelo, el órgano reproductor femenino de las flores, ya estaban presentes en el ancestro común de las plantas con semillas, desafiando las teorías evolutivas previas
El origen del carpelo, el órgano que encierra y protege los óvulos, se considera una de las cuestiones fundamentales en la biología vegetal. El carpelo es la característica definitoria de las angiospermas (plantas con flores) y contribuye a su éxito reproductivo y diversidad. Hasta ahora, el origen evolutivo de los mecanismos genéticos específicos que dirigen el desarrollo del carpelo no estaba claro, particularmente porque las gimnospermas (plantas con "semillas desnudas" como las coníferas y el Ginkgo ) carecen de flores y carpelos.
En un nuevo estudio publicado en The Plant Journal, un equipo liderado por Soraya Pelaz, profesora de investigación ICREA en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), y el primer autor Ignacio Cota, también del CRAG, ha arrojado luz sobre este misterio. Los investigadores descubrieron que la maquinaria molecular necesaria para construir estas estructuras florales estaba en gran parte presente en el último ancestro común de las plantas con semillas, mucho antes de que divergieran las plantas con flores.
Ginkgo biloba tiene la clave del pasado
Para comprender la evolución del carpelo, los investigadores se centraron en la familia de genes NGATHA (NGA), que desempeña un papel crítico en el desarrollo del estilo y el estigma (las partes superiores del carpelo) en plantas modelo como Arabidopsis thaliana. Durante mucho tiempo, se pensó que los genes NGA eran exclusivos de las plantas con flores.
Sin embargo, el equipo dirigió su atención al Ginkgo biloba, una gimnosperma única a menudo referida como un "fósil viviente". Los investigadores identificaron un gen en Ginkgo, llamado GbRAV5, que está relacionado con los genes NGA de las angiospermas.
Sorprendentemente, cuando el equipo del CRAG introdujo el gen GbRAV5 de Ginkgo en mutantes de Arabidopsis que carecían de genes NGA funcionales, el gen de la gimnosperma fue capaz de restaurar la formación del estigma. Esta conservación funcional sugiere que el potencial para dirigir el desarrollo de tejidos reproductivos femeninos existía en las gimnospermas, aunque ellas mismas no desarrollen carpelos.
Una instantánea de la evolución de las proteínas
El estudio también proporciona una visión poco común de cómo evolucionan las proteínas a lo largo de millones de años. Los investigadores analizaron la estructura de estas proteínas y encontraron una diferencia importante: mientras que GbRAV5 contiene un dominio de unión al ADN específico llamado AP2, las proteínas NGA de las angiospermas lo han perdido.
Al analizar genes de otras gimnospermas, como las coníferas, el equipo encontró formas intermedias donde el dominio AP2 está parcialmente degenerado o ausente, demostrando que la pérdida de este dominio ocurrió de forma independiente en diferentes linajes. Además, los investigadores crearon una versión del gen de Ginkgo con el dominio AP2 eliminado y descubrieron que seguía funcionando perfectamente en Arabidopsis. Esto sugiere que este dominio se volvió prescindible en la especialización de estos genes para su función en las plantas con flores.
Interacciones moleculares conservadas
El estudio reveló además que GbRAV5 y otro gen regulador clave, GbHEC, tienen patrones de expresión superpuestos en los óvulos de Ginkgo, similar a cómo interactúan sus contrapartes para construir el carpelo en las plantas con flores. Esto indica que la red reguladora que gobierna las estructuras reproductivas femeninas es antigua y está altamente conservada.
"Nuestros hallazgos apoyan la noción de que NGA evolucionó en el ancestro común de gimnospermas y angiospermas", afirman los autores en la publicación. Al demostrar que los homólogos de gimnospermas pueden sustituir funcionalmente a sus contrapartes de angiospermas, este trabajo ofrece nuevas perspectivas sobre el "juego de herramientas moleculares" que permitió la explosión de diversidad que vemos hoy en las plantas con flores.
Referencia bibliográfica:
Ignacio Cota, Silvia Moschin, Elisabetta Offer, Irene Martínez-Fernández, Francesco Magnanimi, Barbara Ambrose, Sebastiano Nigris, Barbara Baldan, Cristina Ferrándiz, Soraya Pelaz. NGATHA carpel development genes evolved in the common ancestor of seed plants. The Plant Journal (2025), https://doi.org/10.1111/tpj.70488
