Al estudiar Marchantia polymorpha, una planta similar a los primeros vegetales terrestres, un equipo internacional, dirigido por científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), pone de relieve la evolución de los mecanismos fundamentales de percepción de los UV-B y de las estrategias de adaptación de las plantas frente al estrés lumínico.
La hepática de las fuentes (Marchantia polymorpha) es una planta terrestre antigua que crece en ambientes constantemente húmedos y sombreados.
© UNIGE
En un momento en que los cambios climáticos modifican las condiciones de exposición a la radiación solar, estos resultados, publicados en la revista Plant Physiology, proporcionan información valiosa.
Indispensable para la fotosíntesis, que permite a las plantas fabricar moléculas orgánicas (azúcares) e inducir la producción de oxígeno, la luz también puede tener efectos deletéreos sobre ellas. Al igual que en los seres humanos, los UV-B pueden provocar lesiones en el ADN o en las membranas celulares, y además dañar los mecanismos responsables de la fotosíntesis.
A lo largo de la evolución, las plantas han desarrollado un sistema basado en un fotorreceptor clave, UVR8, para protegerse de los rayos UV-B. Cuando este sensor los absorbe, desencadena una cascada de reacciones moleculares que modifican la expresión de muchos genes y la producción de moléculas implicadas en la protección y la aclimatación.
En las plantas con flores modernas, especialmente en Arabidopsis thaliana, esta vía de señalización implica varias proteínas reguladoras que controlan la expresión de muchos genes relacionados con el crecimiento y la tolerancia al estrés lumínico. Pero, ¿cómo se ha desarrollado este mecanismo de defensa a lo largo de la evolución?
El laboratorio de Roman Ulm, catedrático del Departamento de Ciencias Vegetales de la Sección de Biología de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, se ha interesado por la hepática de las fuentes (Marchantia polymorpha), una especie perteneciente a un linaje que apareció hace más de 400 millones de años, cuando los primeros vegetales comenzaron a colonizar las tierras emergidas.
Si los 'ladrillos' fundamentales del sistema ya estaban presentes muy temprano en la evolución de las plantas, su organización y regulación fueron remodeladas progresivamente.
Un sistema de defensa ancestral
Los científicos demuestran que el mecanismo fundamental de activación de UVR8 está notablemente conservado entre Marchantia y las plantas con flores actuales. Este núcleo ancestral incluye especialmente la activación del fotorreceptor UVR8 por los UV-B, así como su mecanismo de desactivación.
Sin embargo, el estudio también pone de manifiesto una evolución importante en las interacciones entre estos componentes. "Nuestro trabajo muestra que en Marchantia polymorpha, ciertas proteínas reguladoras desempeñan roles diferentes a los observados en plantas más modernas.
Por ejemplo, la proteína SPA, que actúa junto con el regulador central COP1 en el control del crecimiento de las plantas en Arabidopsis, desempeña un papel muy diferente en Marchantia. Mientras que en las plantas con flores participa fuertemente en la regulación del desarrollo, su influencia parece mucho más limitada en esta hepática ancestral. Los mutantes de Marchantia que carecen de SPA presentan incluso una mayor tolerancia a los UV-B, lo que sugiere que esta proteína actúa aquí como un freno a la respuesta protectora", explican Yuanke Liang y Roman Podolec, posdoctorandos en el laboratorio de Roman Ulm y coprimeros autores del estudio.
"Nuestros resultados sugieren que, si los 'ladrillos' fundamentales del sistema ya estaban presentes muy temprano en la evolución de las plantas, su organización y regulación fueron remodeladas progresivamente", resume Roman Ulm.
Al aportar una nueva perspectiva sobre la evolución de los mecanismos de adaptación a la luz, este estudio contribuye a una mejor comprensión de la resiliencia de las plantas frente a los estreses ambientales. En un contexto de cambio climático, estos conocimientos podrían ayudar a anticipar las respuestas de los vegetales a la evolución de las condiciones lumínicas.