Un nuevo estudio presenta un modelo evolutivo-biofísico que arroja nueva luz sobre la evolución de la autoincompatibilidad colaborativa de no autorreconocimiento, un mecanismo genético en las plantas que impide la autofertilización y promueve la fertilización cruzada. Su modelo innovador introduce interacciones moleculares promiscuas como ingrediente clave, mejorando nuestra comprensión de la diversidad genética y la evolución en las plantas hermafroditas.
Un nuevo estudio dirigido por la Dra. Tamar Friedlander y su equipo en el Instituto de Ciencias Vegetales y Genética en la Agricultura de la Universidad Hebrea, en colaboración con el Prof. Ohad Feldheim del Instituto Einstein de Matemáticas de la Universidad Hebrea, ha desarrollado un modelo evolutivo-biofísico que arroja nueva luz sobre la evolución de la autoincompatibilidad colaborativa de no autorreconocimiento en las plantas.
El estudio introduce un marco teórico novedoso que incorpora interacciones moleculares promiscuas, que han sido en gran medida pasadas por alto por los modelos tradicionales.
La autoincompatibilidad (IS) es un mecanismo biológico muy extendido en las plantas que tienen órganos reproductores masculinos y femeninos, que impide la autofecundación y promueve la diversidad genética. Bajo este mecanismo, la fecundación se basa en el reconocimiento específico entre proteínas muy diversas: la RNasa (determinante femenino) y la SLF (determinante masculino). La interacción entre estas proteínas asegura que las plantas solo sean compatibles con sus parejas no propias, manteniendo así un acervo genético diverso.
El nuevo modelo propuesto por la Dra. Friedlander y su equipo representa un avance significativo en la comprensión de la dinámica evolutiva de las proteínas de autoincompatibilidad. Al permitir interacciones promiscuas, donde las interacciones con parejas desconocidas son probables, y para múltiples parejas distintas por proteína, el modelo se alinea más estrechamente con los hallazgos empíricos que los modelos anteriores que asumían solo interacciones uno a uno.
Esta promiscuidad permite un patrón de interacción flexible entre las proteínas masculinas y femeninas, lo que ofrece nuevos conocimientos sobre cómo estas proteínas evolucionan e interactúan a lo largo de las generaciones.
“Nuestra investigación muestra que la capacidad de las proteínas para participar en interacciones promiscuas es crucial para el mantenimiento evolutivo a largo plazo de los sistemas de autoincompatibilidad”, explicó la Dra. Friedlander. “Proponemos que el estado predeterminado de este sistema es que el reconocimiento es probable y se necesita una presión evolutiva para evitarlo, en contraste con lo que se pensaba anteriormente. Esta flexibilidad no solo ayuda a mantener la diversidad genética, sino que también sugiere que mecanismos similares podrían estar operando en otros sistemas biológicos”.
El estudio también revela cómo las poblaciones de estas plantas se organizan espontáneamente en distintas clases de compatibilidad, lo que garantiza la compatibilidad total entre diferentes clases y mantiene la incompatibilidad dentro de la misma clase. El modelo predice varios caminos evolutivos que podrían conducir a la formación o eliminación de estas clases de compatibilidad basándose únicamente en mutaciones puntuales. El equilibrio dinámico entre la aparición y la decadencia de estas clases, que proporciona un modelo sostenible de la evolución, fue analizado por los investigadores utilizando una mezcla de herramientas empíricas y teóricas tomadas del campo de la mecánica estadística en física.
“Estos conocimientos de nuestro estudio tienen profundas implicaciones no solo para la biología de las plantas, sino también para comprender los principios fundamentales del reconocimiento molecular y su impacto en la evolución de las redes biológicas”, agregó la Dra. Friedlander. “Nuestros hallazgos también podrían ayudar en la conservación de la biodiversidad vegetal”.
Es probable que esta investigación, que destaca el papel de las interacciones moleculares promiscuas y de múltiples socios, inspire la búsqueda de estos dos elementos en sistemas biológicos adicionales y ayude a explicar la evolución de varias redes moleculares complejas.
El artículo de investigación titulado “The role of promiscuous molecular recognition in the evolution of RNase-based self-incompatibility in plants”, ya está disponible en Nature.
Investigadores:
Keren Erez1, Amit Jangid1, Ohad Nai Feldheim2 y Tamar Friedlander1.
Instituciones:
1) Instituto de Ciencias de las Plantas y Genética en la Agricultura, Facultad de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Instituto Einstein de Matemáticas, Facultad de Ciencias Naturales, Universidad Hebrea de Jerusalem.
