I ricercatori dell’Università di Vienna, insieme a collaboratori provenienti da Francia, Germania, Svizzera e Stati Uniti, hanno compiuto un passo avanti nella comprensione di come i fattori genetici influenzano l’evoluzione di uno specifico meccanismo di fotosintesi nella Tillandsia (piante aeree). Ciò fa luce sulle complesse azioni che causano l’adattamento delle piante e la diversità ecologica. I risultati del loro studio sono pubblicati su Plant Cell.
Alcune specie di piante hanno sviluppato una caratteristica di risparmio idrico chiamata metabolismo acido delle crassulacee (CAM). Le piante CAM come la maggior parte delle specie di Tillandsia, il genere più ricco di specie della famiglia degli ananas (Bromeliaceae), ottimizzano l'efficienza nell'uso dell'acqua:mentre altre piante normalmente aprono i loro stomi (minuscoli pori nelle foglie) durante il giorno per assorbire l'anidride carbonica per la fotosintesi. , le piante CAM lo fanno di notte e immagazzinano CO2 via per un uso successivo, aiutandoli a sopravvivere con meno acqua.
Questo tratto si è evoluto indipendentemente più volte in tutto il regno vegetale. Tuttavia, l'evoluzione della complessa base genetica della CAM è rimasta sfuggente, rendendola al centro della ricerca nella biologia evoluzionistica.
In questo studio, il gruppo di ricerca si è concentrato su una coppia di specie di Tillandsia che mostra forme divergenti di fotosintesi – CAM vs. C3 – il che significa che le specie C3 non hanno l’adattamento specializzato alle condizioni aride. Utilizzando tecniche avanzate per studiare la genetica e la biochimica delle piante, ad esempio l'analisi della disposizione dei geni, dell'evoluzione molecolare e della famiglia dei geni, dell'espressione genetica differenziale temporale e dei metaboliti, hanno scoperto che i cambiamenti nella regolazione genetica sono i principali responsabili dei meccanismi genomici che guidano l'evoluzione delle CAM nelle piante. Tillandsia.
Clara Groot Crego, Dipartimento di Botanica e Ricerca sulla Biodiversità presso l'Università di Vienna e autrice principale dello studio, spiega:"I nostri risultati rivelano che mentre i cambiamenti su larga scala hanno influenzato i genomi della Tillandsia come altre piante, l'adeguamento del modo in cui funziona la fotosintesi avviene principalmente attraverso come vengono regolati i geni, non modificando le sequenze che codificano per le proteine."
Le principali informazioni emerse dallo studio includono l'identificazione di famiglie di geni correlati alla CAM in fase di espansione accelerata nelle specie CAM. Ciò evidenzia il ruolo fondamentale dell'evoluzione della famiglia di geni nel generare nuove variazioni che guidano l'evoluzione della CAM.
In nuove nicchie attraverso un'evoluzione ripetuta
"Il CAM si è evoluto ripetutamente in diverse specie di Tillandsia e ha accelerato la loro capacità di colonizzare nuove nicchie ecologiche, fungendo da motore chiave della speciazione dilagante osservata all'interno di questo gruppo", afferma Ovidiu Paun, Dipartimento di Botanica e Ricerca sulla Biodiversità dell'Università di Vienna e preside investigatore dello studio.
"La nostra ricerca evidenzia la potenziale importanza dell'innovazione genetica, al di là dei semplici cambiamenti delle coppie di basi, nel favorire la diversificazione ecologica", aggiunge Paun.
Thibault Leroy, ricercatore principale dell'INRAE Tolosa, Francia, sottolinea che questo studio ha implicazioni che vanno oltre la scienza di base. "Capire come si sono evolute le CAM può aiutare a sviluppare strategie per rendere le colture più resilienti alla carenza idrica e far fronte ai cambiamenti climatici."
La ricerca sarà estesa ad altre specie di questo e di altri gruppi di piante nel quadro di un nuovo progetto di collaborazione.
Ulteriori informazioni: Clara Groot Crego et al, L'evoluzione della CAM è associata all'espansione della famiglia genetica in una radiazione esplosiva di bromelia, The Plant Cell (2024). DOI:10.1093/plcell/koae130
Informazioni sul giornale: Cellula vegetale
Fornito dall'Università di Vienna
