Un equip científic internacional revela un enorme arbre de la vida per a les plantes basat en l’ADN
Un nou article publicat a la revista Nature per un equip internacional de 279 científics liderat pels Royal Botanic Gardens, Kew (RBG Kew) i amb la participació d’investigadors del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) a l’Institut Botànic de Barcelona (IBB), el Centre de Recerca Agrigenòmica (CRAG) i el Reial Jardí Botànic (RJB), presenta els darrers descobriments sobre l’arbre de la vida de les plantes amb flor.
Emprant 1.800 milions de bases del codi genètic d’uns 8.000 gèneres, aproximadament un 60% del total de gèneres de plantes amb flor, es projecta nova llum sobre la història evolutiva i sobre el paper de les plantes amb flor com a arquitectes dels ecosistemes terrestres del planeta. Els autors de l’estudi consideren que les dades generades acceleraran la identificació de noves espècies per a la ciència, permetran refinar la seva classificació, facilitaran la seva conservació davant del canvi climàtic i la pèrdua de biodiversitat i contribuiran al descobriment de nous compostos medicinals.
Aquesta gran fita per a la botànica, liderada per RBG Kew i en el qual han participat 138 organitzacions a nivell internacional, utilitza 15 vegades més dades que altres estudis comparables sobre l’arbre de la vida de les plantes amb flor. Entre les espècies seqüenciades per a aquest estudi, a més de 800 per a les que mai abans se’ls havia seqüenciat l’ADN. La immensa quantitat de dades generades en aquesta investigació, que un sol ordinador trigaria 18 anys a processar, és un gran pas cap a la construcció d’un arbre de la vida per a les 330.000 espècies conegudes de plantes amb flor, i un gran repte per a la Iniciativa Iniciativa Arbre de la Vida de Kew.
El Dr. Alexandre Zuntini, investigador de RBG Kew, diu: “Analitzar aquesta quantitat de dades sense precedents per a decodificar la informació oculta en milions de seqüències d’ADN va ser un desafiament enorme. Però també va oferir l’oportunitat única de reavaluar i ampliar el nostre coneixement sobre l’arbre de la vida de les plantes, obrint una nova finestra per explorar la complexitat de la seva evolució”.
EL POTENCIAL D’ÚS DELS ESPÈCIMENS D’HERBARI HISTÒRICS EN LA INVESTIGACIÓ
L’arbre de la vida de les plantes, al igual que el nostre propi arbre genealògic, ens permet comprendre com es relacionen les diferents espècies entre sí. Aquest arbre s’ha construït comparant seqüències d’ADN entre diferents espècies per identificar canvis (mutacions) que s’acumulen amb el temps, com si es tractés d’un registre fòssil molecular. Per a aquest estudi, es van desenvolupar noves tècniques genòmiques per capturar centenars de gens de cada mostra, el que suposa un increment de diversos ordres de magnitud respecte a mètodes anteriors.
Un avantatge fonamental de l’estratègia emprada és que permet seqüenciar una àmplia diversitat de material vegetal, antic i nou, fins i tot quan l’ADN està molt deteriorat. Gràcies a això, els tresors ocults en el material vegetal preservat en les col·leccions dels herbaris del món (constituït per gairebé 400 milions d’espècimens de plantes) ja poden ser estudiats genèticament. Utilitzant material d’herbari, va ser com l’equip va seqüenciar amb èxit un espècimen d’arenària (Arenaria globiflora) recol·lectat fa gairebé 200 anys a Nepal, al qual, malgrat l’estat lamentable del seu ADN, se li va poder assignar una posició en l’arbre de la vida. L’ús d’espècimens d’herbari també va possibilitar analitzar l’ADN de plantes extingides, com l’olivera de l’illa Guadalupe (Hesperelaea palmeri), que no s’ha vist amb vida des de 1875. De fet, 511 de les espècies seqüenciades ja estan catalogades en risc d’extinció, segons la Llista Vermella de la UICN, i entre elles tres més com la esmentada Hesperelaea, ja extingides.
El professor William Baker, Investigador Principal – Iniciativa Arbre de la Vida, diu: “En molts sentits, aquest enfocament innovador ens ha permès col·laborar amb els botànics del passat aprofitant la riquesa de les dades amagades en espècimens d’herbari històrics, alguns dels quals van ser recopilats ja a principis del segle XIX. Predecessors il·lustres, com Charles Darwin o Joseph Hooker, no haurien anticipat la importància d’aquests espècimens d’herbari en la recerca genòmica actual. ¡L’ADN ni tan sols s’havia descobert mentre vivien! El nostre treball evidencia com d’importants són aquests increïbles museus botànics per dur a terme estudis innovadors sobre la vida a la Terra. Qui sap quines altres oportunitats científiques per descobrir alberguen?”.
De les 9.506 espècies seqüenciades, més de 3.400 provenen de material de 163 herbaris en 48 països. Altres tipus de material originari d’altres col·leccions d’arreu del món (per exemple, bancs d’ADN, llavors, o col·leccions de plantes vives de jardins botànics) han estat vitals per completar buits de coneixement fonamentals i, amb això, esclarir la història de l’evolució de les plantes amb flor. A més, l’equip es va beneficiar de dades de més de 1.900 espècies disponibles públicament, el que destaca el valor de la ciència oberta per a futures investigacions genòmiques.
ESCLARENT L’ABOMINABLE MISTERI DE DARWIN
Les plantes amb flor representen al voltant del 90% de tota la vida vegetal coneguda a la Terra i es troben pràcticament a tot arreu del planeta, des dels tròpics més calorosos fins als afloraments rocosos de la Península Antàrtica. I, tanmateix, la nostra comprensió de com aquestes plantes van arribar a dominar els ecosistemes poc després del seu origen ha desconcertat els científics durant generacions, inclòs Charles Darwin. Les plantes amb flor es van originar fa més de 140 milions d’anys, després del que ràpidament van superar a altres plantes vasculars, inclosos els seus parents vius més propers: les gimnospermes (plantes sense flor que tenen llavors exposades, com les cícades, les coníferes i el ginkgo).
Emprant 200 fòssils, els autors de l’estudi van datar l’arbre de la vida de les plantes amb flor, revelant com van evolucionar al llarg del temps geològic. Així, van confirmar amb les seves dades que es va produir una explosió de diversitat poc després del seu origen, donant lloc a més del 80% dels principals llinatges que existeixen avui en dia. Tanmateix, aquesta tendència es va atenuar després a un ritme més constant durant els següents 100 milions d’anys fins que es va produir una altra augment en la diversificació fa uns 40 milions d’anys.
DONANT UN BON ÚS DE L’ARBRE DE LA VIDA DE LES PLANTES
L’arbre de la vida de les plantes amb flor té un enorme potencial en la investigació de la biodiversitat. Això es deu a que la posició d’una espècie en aquest arbre de la vida ens informa tant sobre les seves característiques com sobre la seva trajectòria evolutiva. Més enllà de la botànica, les noves dades generades seran inestimables per millorar moltes altres àrees de la ciència. Per permetre el seu ús, l’arbre i totes les dades que el sustenten s’han publicat de forma oberta i gratuïta tant per al públic com per a la comunitat científica, també a través del portal Kew Tree of Life Explorer. Els autors de l’estudi creuen que aquest accés obert és clau per democratitzar l’accés a les dades científiques arreu del món.
L’accés obert també ajudarà els científics a aprofitar les dades publicades, com, per exemple, combinar-les amb intel·ligència artificial per predir quines espècies de plantes poden incloure molècules amb potencial medicinal. De manera similar, l’arbre de la vida es pot utilitzar per comprendre i predir millor com les plagues i malalties afectaran les plantes del Regne Unit en el futur. En última instància, assenyalen els autors, les aplicacions d’aquestes dades depenent de l’enginy dels científics que hi accedeixin.
La Dra. Oriane Hidalgo, investigadora del CSIC a l’Institut Botànic de Barcelona comenta que, “aquesta iniciativa representa una oportunitat única per contribuir al coneixement global de la biodiversitat, generant un marc incomparable d’informació. Les aplicacions futures d’aquest treball abastaran, entre d’altres, la recerca d’espècies amb propietats farmacèutiques d’interès, la millora sobre el coneixement d’espècies amenaçades, o l’estudi de l’evolució de caràcters d’interès en la biologia de les espècies”.
