Logo bio-infomedia.ro

Cum au evoluat plantele verzi

Sequoia gigant
Sequoia gigant în Parcul Național Yosemite, Statele Unite ale Americii. | Foto: MICHAEL PRIVOROTSKY

Plantele sunt organisme ancestrale care au evoluat în decursul a milioane de ani, fapt care a dus la marea diversitate pe care o întâlnim astăzi. Plantele verzi au evoluat dintr-un strămoș comun în cele 450.000-500.000 de specii de astăzi.

Într-un articol publicat recent în revista Nature, cercetătorii de la One Thousand Plant Transcriptomes Initiative au analizat informații genetice de la 1.124 specii de plante și au furnizat cel mai complet arbore al evoluției plantelor verzi.

Genomuri, transcriptomi și filogenetică

Filogenetica studiază relațiile evolutive dintre organisme utilizând genomurile (secvențele de ADN) și/sau informațiile fosile. Încorporarea genomurilor în filogenetică este denumită filogenomică. Transcriptomii reprezintă tiparele prin care genele se exprimă în celule, "mesajul" din molecule. Pentru a deduce relațiile dintre plantele verzi, oamenii de știință au utilizat transcriptomii a 1.124 specii de plante din grupul Archaeplastida, care include plantele verzi, glaucofitele (alge microscopice de apă dulce) și algele roșii. Ei au intenționat să facă legătura dintre duplicarea întregului genom (poliploidia), în care există mai mult de două seturi pereche de cromozomi în nucleul celular, și inovațiile biologice care au avut loc de atâtea ori în cadrul regnului plantelor.

Apariția plastidelor, organite care se regăsesc în celulele plantelor și algelor, reprezintă în eveniment major din istoria plantelor. Au fost stabilite tot felul de asocieri între grupurile Viridiplantae (plante verzi), Glaucophyta (alge microscopice) și Rhodophyta (alge roșii), dar cercetătorii au descoperit dovezi solide în sprijinul înfrățirii dintre Viridiplantae și Glaucophyta. Plantele verzi au trecut prin numeroase evenimente evolutive care merită subliniate, cum ar fi pierderea ficobilizomilor, care sunt un gen de antene prezente la alge (inclusiv la cianobacterii, alge roșii și glaucofite), dobândirea clorofilei b (un tip de clorofilă care absoarbe lumina cu o lungime de undă diferită comparativ cu clorofila a) și sinteza/depozitarea amidonului în interiorul plastidelor.

Arbori filogenetici

Clada Embryophyta, care include plantele terestre (briofitele, licofitele, ferigile și plantele cu semințe), a prezentat mai multe inovații-cheie de-a lungul evoluției, dar multe interrelații dintre cladele sale sunt curioase și neînțelese. Unele dintre aceste inovații includ pași importanți spre traiul în lipsa apei (toleranța la deshidratare), schimbări în prevalența generațiilor cu celule conținând două seturi complete de cromozomi (celule diploide) sau cu numai un set (celule haploide). În clada plantelor vasculare, există dovezi că licofitele se înfrățesc cu eufilofitele (ferigile și plantele cu semințe). Însă, în acest studiu nu au fost găsite dovezi ale duplicărilor întregului genom la eufilofitele ancestrale.

Gimnospermele (plantele care includ coniferele, cicadele și Ginkgo, care se înmulțesc prin semințe expuse) continuă să fie considerate ca înfrățite cu plantele cu flori. Cercetătorii au găsit dovezi că cicadele și Ginkgo sunt clade surori cu toate celelalte gimnosperme. Cercetările asupra angiospermelor (grupul de plante verzi cu cei mai numeroși reprezentanți - peste 370.000 de specii) au întărit informațiile anterioare, și anume că acestea sunt un grup monofiletic din arborele filogenetic, adică toate au același strămoș. În istoria plantelor cu flori au fost identificate multe cazuri de poliploidie, ceea ce sugerează că acestea provin dintr-un strămoș comun poliploid (celulă sau nucleu care conține mai mult de două seturi de cromozomi). Duplicările genomului s-au întâmplat destul de repede în istorie, probabil că în timpul evoluției plantelor cu semințe.

Genomul genului Amborella

Diversitatea plantelor cu flori datează de acum 130-136 de milioane de ani și a prefațat marea dominanță ecologică de dinaintea sfârșitului Cretacicului. Există dovezi că o singură specie, Amborella trichopoda, un arbust care apare numai în Noua Caledonie, este specia soră supraviețuitoare a tuturor angiospermelor de astăzi. Într-un articol publicat în revista Science, cercetătorii au găsit dovezi care să susțină un eveniment ancestral de poliploidie, care, probabil, a avut un impact semnificativ asupra evoluției angiospermelor. Genomul speciei Amborella este de o importanță deosebită pentru biologia evolutivă, iar evenimentele de poliploidie evidențiate au arătat originea angiospermelor și declanșarea altor evenimente care au dus la dezvoltarea unor noi funcții genetice și, ulterior, a unor specii noi.

Conservarea și explorarea diversității genomului plantelor

În ciuda drumului presărat cu multe denivelări al evoluției până în zilele noastre, aceasta este un proces continuu, care încă nu a ajuns la sfârșit. Însă, astăzi diversitatea plantelor are nevoie urgentă de conservare și, în același timp, de o investigare mai amănunțită. Există aproximativ 500.000 de specii de plante terestre (angiosperme, gimnosperme, ferigi, licofite și briofite), iar probabil că o treime dintre ele sunt pe cale de dispariție. Multe lucruri despre diversitatea plantelor sunt încă necunoscute și de aceea trebuie să ne continuăm eforturile de cercetare a lumii plantelor.

Source Sursa: magazine.scienceconnected.org
Text: Jacqueline Mattos
Foto: Michael Privorotsky