Así se volvieron carnívoras las plantas

Las plantas carnívoras, que viven en hábitats pobres en nutrientes, capturan a los insectos tendiéndoles una trampa de la que difícilmente pueden escapar. Una vez que quedan atrapados en el interior de las hojas, las presas caen dentro de líquidos digestivos que deshacen su carne y sus exoesqueletos para así compensar el déficit de nitrógeno y fósforo de las plantas. Este es el método que utilizan todas las plantas carnívoras de Australia, Asia y América, a pesar de haber evolucionado de manera independiente.

Un nuevo estudio, publicado en Nature Ecology & Evolution, ha ahondado en el origen de estos vegetales y ha identificado los cambios genéticos que han permitido la adaptación a la dieta carnívora en algunas plantas. Para ello, el equipo, liderado por el National Institute for Basic Biology de Japón y con participación de la Universidad de Barcelona (UB), examinó tres especies: la australiana Cephalotus follicularis, la asiática Nepenthes alata y la americana Sarracenia purpurea.

Los expertos secuenciaron el genoma de la planta de jarra (Cephalotus follicularis), una especie originaria de Australia que tiene bien diferenciadas las hojas insectívoras –unas trampas en forma de jarra para atrapar insectos– de las hojas no insectívoras (como las del resto de plantas).

El genoma de esta especie –la segunda planta carnívora con el ADN secuenciado, después de Utricularia gibba– es relativamente grande, y está formado por 1,6 Gbp, que es casi la mitad del genoma humano. En total, los investigadores identificaron más de 36.000 genes.
 
"La capacidad de las plantas carnívoras para digerir animales en suelos empobrecidos es el resultado de la acción de la selección natural que ha promovido varios cambios genéticos sobre un mismo conjunto de genes", dice Julio Rozas, del departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB. "Con el análisis comparativo de los genes que se expresan diferencialmente en los dos tipos de hojas, esta investigación ha identificado los cambios genéticos asociados con la dieta carnívora en plantas", añade el investigador.

Los análisis genéticos demuestran que, durante su evolución hacia la dieta carnívora, las hojas que atrapan insectos han adquirido nuevas funciones enzimáticas. "Se trata de un conjunto muy concreto de proteínas que han evolucionado para actuar como enzimas digestivas", señala Pablo Librado, otro de los autores que en la actualidad trabaja en el Centro de Geogenética de la Universidad de Copenhague.

Con el tiempo, en las tres especies, las familias de proteínas vegetales que originalmente ayudaron en la autodefensa contra enfermedades y otras amenazas se convirtieron en las enzimas digestivas que se observan hoy, como son la quitinasa básica –capaz de descomponer la quitina, el principal componente de los exoesqueletos de las presas–, y la fosfatasa ácida púrpura –que permite a las plantas obtener el fósforo de los cuerpos descompuestos–. 

“Esto sugiere que existen rutas limitadas y restringidas que las llevan a convertirse en plantas carnívoras”, señala Victor A. Albert, de la Universidad en Buffalo (EE UU) y uno de los autores del trabajo. “Estas plantas tienen un kit de herramientas genéticas, y tratan de encontrar una respuesta para llegar a ser carnívoras y al final, todas llegan a la misma solución”, añade. 

Evolución paralela

El estudio supone un ejemplo representativo de evolución paralela, en la que plantas insectívoras alejadas han adquirido rasgos similares en cuanto a la evolución de las enzimas digestivas. “Este desarrollo paralelo a menudo apunta a una adaptación particularmente valiosa", dice Mitsuyasu Hasebe, del centro japonés. 

Las plantas carnívoras viven en muchas ocasiones en entornos pobres en nutrientes, por lo que “su habilidad para atrapar y digerir animales puede ser indispensable dada la escasez de otros recursos alimentarios”, indica el investigador japonés Kenji Fukushima. 

El caso de estas plantas insectívoras es un claro ejemplo de convergencia evolutiva, probablemente debido a las fuertes restricciones biológicas impuestas por estos ecosistemas extremos. "Los ejemplos de evolución paralela a escala molecular no son muy frecuentes. Por ello, son del máximo interés en genética, porque nos ayudan a conocer qué mecanismos evolutivos son más importantes para la diversificación y adaptación de los seres vivos", concluye el científico de la UB, Alejandro Sánchez-Gracia.

Referencia bibliográfica: 

Kenji Fukushima et al. “Genome of the pitcher plant Cephalotus reveals genetic changes associated with carnivory” Nature Ecology & Evolution 6 de febrero de 2017

Fuente: Agencia Sinc
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