Trandafirii sunt cunoscuți în mod obișnuit și pentru spini - vârfuri care ies din tulpini, pentru a îndepărta animalele care doresc să-i mănânce - nu numai pentru simbolistica de iubire. Pe lângă trandafiri, mai sunt și alte plante care au spini. Cum ar putea însă toate aceste flori, dintre care multe au evoluat separat de-a lungul a milioane de ani, să aibă această caracteristică spinoasă? O echipă de cercetători internaționali a descoperit că răspunsul se află în ADN-ul lor, urmărind originea unei familii genetice străvechi, care este responsabilă pentru spini în toate aceste variante, potrivit unui nou studiu publicat joi în revista Science.
Descoperirile nu numai că deschid ușa pentru oamenii de știință care doresc să formeze variante fără spini, dar oferă și o perspectivă asupra istoriei evolutive a unui gen extrem de divers de plante, spun experții.
Vârfurile spinoase există de cel puțin 400 de milioane de ani, datând din momentul în care ferigile și „rudele” lor au apărut cu unele țepi pe tulpini. Trăsătura a apărut de atunci – și a dispărut – în diferite momente ale timpului evolutiv, a declarat coautorul studiului Zachary Lippman, biolog de plante și profesor de genetică la Laboratorul Cold Spring Harbor din Long Island, New York, relatează CNN.
Unul dintre cele mai diverse genuri de plante, cunoscut sub numele de Solanum – care include culturi precum cartofi, roșii și vinete – a dezvoltat pentru prima dată țepi acum 6 milioane de ani. Astăzi, genul are mai mult de 1.000 de specii care apar în întreaga lume, cu aproximativ 400 dintre cele denumite "solanum spinos" pentru înțepăturile lor, potrivit Universității din Utah.
Atunci când o trăsătură comună, cum ar fi înțepăturile, apare independent în diferite linii și specii, aceasta este cunoscută sub numele de evoluție convergentă și apare atunci când speciile se adaptează în mod similar la anumite nevoi de mediu. Aripile sunt un alt exemplu al unei caracteristici care a evoluat în acest fel la diferite specii de păsări, precum și la alte animale, cum ar fi liliecii și chiar unele tipuri de veverițe care au structura asemănătoare aripilor, a spus Lippman, care este, de asemenea, cercetător al Institutului Medical Howard Hughes.
Țepușele / vârfirile spinoase reprezintă o apărare evoluată împotriva erbivorelor - animale care mănâncă plante - și pot ajuta, de asemenea, la creșterea, concurența plantelor și retenția apei, potrivit studiului. Nu se știa anterior ce anume a cauzat ferigile și alte plante neînrudite să formeze țepi. Acum, autorii studiului au descoperit că o familie genetică antică cunoscută sub numele de Lonely Guy sau LOG a avut rolul de „paznic” pentru trăsătură, activând-o și dezactivând-o la diferite specii de-a lungul a milioane de ani.
Genele Lonely Guy
Prin eliminarea spinilor de la diferite specii, inclusiv trandafiri si vinete, autorii au descoperit ca o gena LOG a fost responsabila pentru spini in aproximativ 20 de tipuri de plante studiate. Genele legate de LOG se găsesc în toate plantele, chiar datând de la mușchi, care sunt considerați prima plantă uscată, a spus Lippman. Genele sunt responsabile pentru activarea unui hormon cunoscut sub numele de citokinină, care este important pentru funcțiile de bază ale unei plante la nivel celular, inclusiv diviziunea și expansiunea celulară, care, la rândul său, afectează creșterea plantei.
"Nu este vorba că a existat un strămoș comun care a avut spini/țepe și apoi a radiat peste 400 de milioane de ani către toți ceilalți și apoi s-au pierdut sporadic. De fapt, ceea ce pare a fi destul de ușor câștigat în diferite linii", a spus Lippman. "Acum, întrebarea este, cât de des evoluția convergentă nu este doar trăsătura pe care o vedem, ci genele din spatele trăsăturii?"
El a adăugat: "Studiul nostru este, cred, primul care demonstrează cu adevărat puterea acestor instrumente (secvențierea genetică și a genomului) de a se întinde pe o distanță evolutivă atât de largă pentru a pune această întrebare foarte clasică despre evoluția convergentă în evoluția organismelor plantelor sau animalelor".
Descoperirea adaugă un instrument valoros pentru cercetătorii care analizează gradul de protecție pe care îl oferă vârfurile spionoase împotriva erbivorelor. Acest nivel de apărare a fost anterior dificil de evaluat, deoarece îndepărtarea manuală a vârfurilor de la plantele deja cultivate - pentru a testa dacă sunt mai vulnerabile fără ele - dăunează țesutului și poate compromite sănătatea plantelor, a declarat Tyler Coverdale, profesor asistent de științe biologice la Universitatea din Notre Dame, care nu a făcut parte din noul studiu.
"Prin eliminarea vârfurilor cu mutații genetice vizate, putem înțelege mai bine rolul ecologic al apărării fizice a plantelor", a spus Coverdale. "Țepele sunt o dezvoltare evolutivă cheie care permite plantelor să reziste erbivorelor, motiv pentru care multe dintre Solanum spinoase se găsesc în zone cu o diversitate istorică mare de erbivore. Fără această inovație cheie, este posibil ca Solanum să fie mult mai restrâns în gama și diversitatea sa.
Îndepărtarea genetică a înțepăturilor
Înainte de această descoperire, o altă metodă de îndepărtare a vârfurilor spionoase din plante a fost încercarea de a reproduce planta cu o altă variantă care și-a pierdut în mod natural țepele, a spus Lippman, motiv pentru care există unele specii de trandafiri fără vârfuri astăzi.
Dar acum că gena responsabilă pentru țepe a fost identificată, oamenii de știință pot elimina vârfurile folosind tehnici de editare a genomului, cum ar fi CRISPR, o metodă pe care oamenii de știință o folosesc pentru modificarea ADN-ului organismelor vii. Editarea genetică țintită poate crea mai multe variații cu ușurință și are mai puține repercusiuni asupra creșterii plantei și a producției de fructe, a spus Coverdale.
"Nu numai că acest studiu ne spune mai multe despre evoluția vârfurilor spinoase în mod specific, dar ne oferă, de asemenea, perspective asupra mecanicii modului de inginerie a căilor de dezvoltare a plantelor pentru îmbunătățirea agriculturii", a declarat Vivian Irish, biolog al plantelor și profesor la departamentul de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare al Universității Yale. Irish nu a făcut parte din noul studiu, dar a fost autorul principal al unui studiu din 2020 care a constatat că spinii cresc pe plante prin activitatea celulelor stem.
În scopuri agricole, îndepărtarea spinilor ar putea face recoltarea mai ușoară și ar putea deschide calea pentru a obține produse mai puțin cunoscute în magazinele alimentare.
Un exemplu pe care autorii îl folosesc sunt stafidele deșertului, care sunt fructe de pădure cultivate pe tufișuri originare din Australia. Cu vârfurile îndepărtate, boabele ar putea fi cultivate cu mult mai multă ușurință și ar fi mai asemănătoare cu fructele de pădure obișnuite, cum ar fi afinele și căpșunile, a spus Lippman.
"Este vorba într-adevăr despre a avea mai multe cunoștințe ... și înțelegerea importanței mutațiilor pentru a ne oferi alimentele pe care le consumăm la scara la care le mâncăm și știind că există mai mult potențial acolo", a spus Lippman. "Cu cât înțelegem mai mult, cu atât mai mult vom avea șansa de a regla sistemul, pentru a-l face să funcționeze și mai bine."
Comentează