Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha estudiado el proceso evolutivo de los genes responsables de controlar la identidad de los pétalos y los estambres (órganos sexuales masculinos) en las leguminosas. La investigación ha sido publicada en la revista The Plant Journal.
La comprensión de los mecanismos moleculares que controlan la regulación génica del desarrollo de las flores se debe, en gran medida, a los análisis genéticos realizados en plantas modelo como Arabidopsis thaliana y Antirrhinum majus. Estos estudios dieron lugar al modelo ABC, que explica desde la genética molecular el desarrollo biológico de los órganos de las flores en cuatro verticilos: sépalos, pétalos, estambres y carpelos.
Sin embargo, estudios recientes están aportando nueva información sobre los genes que controlan la identidad de los órganos florales en las plantas angiospermas, incluyendo a las leguminosas.
José Pío Beltrán, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (centro mixto del CSIC y la Universidad Politécnica de Valencia), explica: “Una flor como la de Arabidopsis thaliana posee sépalos, pétalos, estambres y carpelos, cuya identidad depende de una serie de genes reguladores. La expresión de genes del tipo A exclusivamente produce sépalos en el primer verticilo, una coexpresión de los genes A y B produce los pétalos en el segundo, una actuación conjunta de genes de función B y C establece la identidad de los estambres en el tercero, y para formar los carpelos únicamente se requiere de la actividad de genes de función C en el cuarto verticilo. Además, los genes de tipo A y C son antagonistas, donde se expresan los de tipo A no se pueden expresar los de tipo C y viceversa”.
El investigador del CSIC Luis Cañas, que también ha participado en el trabajo, aclara que “la evolución de los genes de clase B que pertenecen a la familia MADS‐box se había estudiado con anterioridad en varias especies de plantas, pero no en leguminosas. Análisis filogenéticos llevados a cabo en varias especies de angiospermas mostraban una alta frecuencia de duplicaciones en genes del tipo B (APETALA3 y PISTILLATA)”.
Cañas continúa: “Los genes duplicados generalmente adoptan una de tres posibilidades evolutivas distintas: no funcionalización, en la que una de las copias es silenciada; neofuncionalización, en la que una copia adquiere una función totalmente nueva mientras que el original mantiene su función; y subfuncionalización, en la que la copia adquiere parte de la función del original. Así que nos propusimos averiguar qué función tenían estos genes duplicados en las leguminosas”.
Para ello, otro de los miembros del equipo y también investigadora del CSIC, Edelín Roque, cuenta: “Lo que hicimos fue aislar y caracterizar genes del tipo AP3 en la leguminosa modelo Medicago truncatula, lo que nos permitió observar un patrón de expresión complementario de estos genes en pétalos y estambres. Posteriormente, análisis llevados a cabo mediante técnicas de genética reversa, nos llevaron a la conclusión de que estos genes han sido sometidos a un proceso de especialización funcional en el que la función del gen original descansa en ambos genes duplicados con reparto de las funciones de tal manera que uno interviene en mayor medida en la identidad de los estambres y el otro en la de los pétalos”.
Posibles aplicaciones agronómicas
Este trabajo liderado por el CSIC, en el que también ha participado la Fundación Samuel Roberts Noble de Ardmore, Oklahoma (EEUU), podría tener importantes aplicaciones en el sector agronómico ya que proporciona un mejor conocimiento del mecanismo de desarrollo floral en las leguminosas. Las leguminosas, junto con los cereales y con algunas frutas y raíces tropicales, han sido la base principal de la alimentación humana durante milenios.
En la alimentación humana y animal se utilizan hasta 150 especies de leguminosas, de las que las más relevantes para el consumo humano son judías, lentejas, guisantes, garbanzos y habas. En su composición interesa destacar los contenidos de proteínas, de hidratos de carbono de asimilación lenta, de minerales como el calcio, el hierro y el cinc, fibra soluble y algunos componentes bioactivos minoritarios.
Edelín Roque, Joanna Serwatowska, M. Cruz Rochina, Jiangqi Wen, Kirankumar S. Mysore, Lynne Yenush, José Pío Beltrán y Luis A. Cañas. Functional specialization of duplicated AP3‐like genes in Medicago truncatula. The Plant Journal. DOI: 10.1111/tpj.12068
