Un equipo científico internacional desvela un enorme árbol de la vida para las plantas basado en ADN
Un nuevo artículo publicado en la revista Nature por un equipo internacional de 279 científicos liderado por los Royal Botanic Gardens, Kew (RBG Kew) y en el que participan investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto Botánico de Barcelona (IBB), el Centro de Investigación Agrigenómica (CRAG) y el Real Jardín Botánico (RJB), presenta los últimos hallazgos sobre el árbol de la vida de las plantas con flor.
Empleando 1.800 millones de bases del código genético de unos 8.000 géneros, aproximadamente un 60% del total de géneros de plantas con flor, se arroja nueva luz sobre la historia evolutiva y sobre el papel de las plantas con flor como arquitectas de los ecosistemas terrestres del planeta. Los autores del estudio consideran que los datos generados acelerarán la identificación de nuevas especies para la ciencia, permitirán refinar su clasificación, facilitarán su conservación frente al cambio climático y la pérdida de biodiversidad y mediarán el descubrimiento nuevos compuestos medicinales.
Este gran hito para la botánica, liderado por RBG Kew y en el que han participado 138 organizaciones a nivel internacional, emplea 15 veces más datos que otros estudios comparables sobre el árbol de la vida de las plantas con flor. Entre las especies secuenciadas para este estudio, a más de 800 nunca antes se les había secuenciado el ADN. La inmensa cantidad de datos resultado de esta investigación, que un solo ordenador tardaría 18 años en procesar, es un gran paso hacia la construcción de un árbol de la vida para las 330.000 especies conocidas de plantas con flor, un gran reto para la Iniciativa Árbol de la Vida de Kew.
El Dr. Alexandre Zuntini, investigador de RBG Kew, dice: “Analizar esta cantidad de datos sin precedentes para decodificar la información oculta en millones de secuencias de ADN fue un desafío enorme. Pero también ofreció la oportunidad única de reevaluar y ampliar nuestro conocimiento sobre el árbol de la vida de las plantas, abriendo una nueva ventana para explorar la complejidad de su evolución”.
EL POTENCIAL DE USO DE LOS ESPECÍMENES DE HERBARIO HISTÓRICOS EN LA INVESTIGACIÓN
El árbol de la vida de las plantas, al igual que nuestro propio árbol genealógico, nos permite comprender cómo se relacionan las diferentes especies entre sí. Este árbol se ha construido comparando secuencias de ADN entre diferentes especies para identificar cambios (mutaciones) que se acumulan con el tiempo, como si de un registro fósil molecular se tratara. Para este estudio, se desarrollaron nuevas técnicas genómicas para capturar cientos de genes de cada muestra, lo cual supone un incremento de varios órdenes de magnitud con respecto a métodos anteriores.
Una ventaja fundamental de la estrategia empleada es que permite secuenciar una amplia diversidad de material vegetal, antiguo y nuevo, incluso cuando el ADN está muy deteriorado. Gracias a ello, los tesoros ocultos en el material vegetal desecado de las colecciones de los herbarios del mundo (constituido por casi 400 millones de especímenes de plantas) ya pueden ser estudiados genéticamente. Utilizando precisamente especímenes de herbario, fue como el equipo secuenció con éxito un espécimen de arenaria (Arenaria globiflora) recolectado hace casi 200 años en Nepal, al cual, a pesar del mal estado de su ADN, se le pudo asignar una posición en el árbol de la vida. El uso de especímenes de herbario también posibilitó analizar el ADN de plantas extintas, como el olivo de la isla Guadalupe (Hesperelaea palmeri), que no se ha visto con vida desde 1875. De hecho, 511 de las especies secuenciadas ya están catalogadas en riesgo de extinción, según la Lista Roja de la UICN, y entre ellas tres más como la mencionada Hesperelaea, ya extintas.
El profesor William Baker, Investigador Principal – Iniciativa Árbol de la Vida, dice: “En muchos sentidos, este enfoque novedoso nos ha permitido colaborar con los botánicos del pasado aprovechando la riqueza de los datos escondidos en especímenes de herbario históricos, algunos de los cuales fueron recopilados ya a principios del siglo XIX. Predecesores ilustres, como Charles Darwin o Joseph Hooker, no hubieran anticipado la importancia de estos especímenes de herbario en la investigación genómica actual. ¡El ADN ni siquiera se había descubierto mientras vivían! Nuestro trabajo evidencia cuán importantes son estos increíbles museos botánicos para llevar a cabo estudios innovadores sobre la vida en la Tierra. ¿Quién sabe qué otras oportunidades científicas por descubrir albergan?”.
De las 9.506 especies secuenciadas, más de 3.400 provienen de material de 163 herbarios en 48 países. Otros tipos de material originario de otras colecciones de todo el mundo (por ejemplo, bancos de ADN, semillas, o colecciones de plantas vivas de jardines botánicos) han sido vitales para completar vacíos de conocimiento fundamentales y, con ello, esclarecer la historia de la evolución de las plantas con flor. Asimismo, el equipo se benefició de datos de más de 1.900 especies disponibles públicamente, lo cual destaca el valor de la ciencia abierta para futuras investigaciones genómicas.
ESCLARECIENDO EL ABOMINABLE MISTERIO DE DARWIN
Las plantas con flor representan por sí solas alrededor del 90% de toda la vida vegetal conocida en la Tierra y se encuentran prácticamente en todas partes del planeta, desde los trópicos más calurosos hasta los afloramientos rocosos de la Península Antártica. Y, sin embargo, nuestra comprensión de cómo estas plantas llegaron a dominar los ecosistemas poco después de su origen ha desconcertado a los científicos durante generaciones, incluido Charles Darwin. Las plantas con flor se originaron hace más de 140 millones de años, después de lo cual rápidamente superaron a otras plantas vasculares, incluidos sus parientes vivos más cercanos: las gimnospermas (plantas sin flor que tienen semillas expuestas, como las cícadas, las coníferas y el ginkgo).
Empleando 200 fósiles, los autores del estudio dataron el árbol de la vida de las plantas con flor, revelando cómo evolucionaron a lo largo del tiempo geológico. Así, confirmaron con sus datos que se produjo una explosión de diversidad poco después de su origen, dando lugar a más del 80% de los principales linajes que existen hoy en día. Sin embargo, esta tendencia se atenuó después a un ritmo más constante durante los siguientes 100 millones de años hasta que se produjo otro aumento en la diversificación hace unos 40 millones de años.
DÁNDOLE UN BUEN USO DEL ÁRBOL DE LA VIDA DE LAS PLANTAS
El árbol de la vida de las plantas con flor tiene un enorme potencial en la investigación de la biodiversidad. Esto se debe a que la posición de una especie en dicho árbol de la vida nos informa tanto sobre sus características como sobre su trayectoria evolutiva. Más allá de la botánica, los nuevos datos generados serán invaluables para mejorar muchas otras áreas de la ciencia. Para permitir su uso, el árbol y todos los datos que lo sustentan se han publicado de forma abierta y gratuita tanto para el público como para la comunidad científica, también a través del portal Kew Tree of Life Explorer. Los autores del estudio creen que ese acceso abierto es clave para democratizar el acceso a los datos científicos en todo el mundo.
El acceso abierto también ayudará a los científicos a aprovechar los datos publicados, como, por ejemplo, combinarlos con inteligencia artificial para predecir qué especies de plantas pueden incluir moléculas con potencial medicinal. De manera similar, el árbol de la vida se puede utilizar para comprender y predecir mejor cómo las plagas y enfermedades afectarán a las plantas del Reino Unido en el futuro. En última instancia, señalan los autores, las aplicaciones de estos datos dependerán del ingenio de los científicos que accedan a ellos.
La Dra. Oriane Hidalgo, investigadora del CSIC en el Instituto Botánico de Barcelona comenta que, “esta iniciativa representa una oportunidad única para contribuir al conocimiento global de la biodiversidad, generando un marco incomparable de información cuyas aplicaciones futuras abarcaran, entre otras, la búsqueda de especies con propiedades farmacéuticas de interés, la mejora sobre el conocimiento de especies amenazadas, o el estudio la evolución de caracteres de interés en la biología de las especies”.
