Un nuevo árbol genealógico del género de plantas solanáceas ayuda a explicar la sorprendente diversidad del color y tamaño de sus frutos
Los frutos de las plantas de Solanum, un grupo de la familia de las solanáceas, son increíblemente diversos, que van desde tomates rojos y berenjenas moradas hasta las bayas venenosas verdes en las plantas de patata. Un nuevo y mejorado árbol genealógico de este grupo, producido por un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, ayuda a explicar la sorprendente diversidad de colores y tamaños de frutos y cómo podrían haber evolucionado.
El equipo encontró que el tamaño y el color de los frutos evolucionaron juntos y que los animales que comen fruta probablemente no fueron los principales impulsores de la evolución de los frutos, como se pensaba anteriormente. El estudio, publicado en la revista New Phytologist, también puede proporcionar información sobre cómo mejorar plantas agrícolas importantes con rasgos más deseables, dijeron los investigadores.
“Hay alrededor de 1,300 especies en el género Solanum, lo que lo convierte en uno de los géneros de plantas más diversos del mundo”, dijo João Vitor Messeder, estudiante de posgrado en ecología y biología en el Colegio Eberly de Ciencia y los Institutos Huck para las Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Pensilvania y autor principal del artículo. “Desde los años 70 y 80, los investigadores han sugerido que las aves, murciélagos y otros animales que comen frutas han impulsado la evolución de frutos como los de Solanum. Sin embargo, se ha subestimado la importancia de la historia evolutiva de las plantas o rara vez se ha tenido en cuenta al evaluar la diversificación de los frutos carnosos. Para probar mejor esta hipótesis, primero necesitábamos producir un árbol genealógico más sólido, o familia, de este grupo de plantas para mejorar nuestra comprensión de las relaciones entre las especies”.
Todos los colores en el árbol genealógico
Las plantas del género Solanum producen frutos con una amplia variedad de tamaños, colores y valores nutricionales. Pueden ser negros, morados, rojos, verdes, amarillos o naranjas y varían en tamaño desde 0,5 a 20 centímetros. Además de las plantas agrícolas importantes, algunas plantas del grupo son cultivadas por sus flores ornamentales, y los frutos de muchas de estas plantas son consumidos por humanos y una gran diversidad de animales, incluyendo aves, murciélagos, reptiles, primates y otros mamíferos terrestres.
Los investigadores recolectaron muestras de plantas de todo el mundo, incluidas plantas silvestres de Brasil, Perú y Puerto Rico, y plantas de jardines botánicos, y secuenciaron sus genes del ARN. Complementaron con muestras recolectadas previamente y datos disponibles públicamente, comparando en última instancia las secuencias de 1.786 genes de un total de 247 especies para reconstruir el árbol genealógico de Solanum. Esto incluyó representantes de los 10 clados principales — las ramas del árbol — y 39 de los 47 clados menores dentro del género.
“Al utilizar miles de genes compartidos entre especies que representan efectivamente todo el género, mejoramos significativamente el árbol genealógico de Solanum, convirtiéndolo en el más completo hasta la fecha,” dijo Messeder, quien realizó la investigación en el laboratorio de Hong Ma, titular de la Cátedra Huck en Desarrollo y Evolución Reproductiva de Plantas y profesor de biología en la Universidad Estatal de Pensilvania y coautor correspondiente del artículo. “Los avances recientes en tecnología nos permitieron utilizar más genes que en estudios anteriores, que enfrentaron muchos desafíos para resolver las relaciones entre especies y clados. Este árbol mejorado nos ayuda a comprender cuándo se originaron diferentes colores y tamaños de frutos o cómo cambiaron a medida que surgieron nuevas especies de plantas”.
Los investigadores agregaron una considerable resolución a las ramas más pequeñas del grupo que incluye patatas y tomates, así como a sus especies silvestres cercanas y más distantes. Las ideas ganadas, dijeron los investigadores, podrían apoyar los programas de mejora de cultivos para estas especies y otros cultivos del género.
“Si los parientes silvestres más cercanos de los cultivos agrícolas importantes tienen rasgos deseables, es posible criar cultivos con esas especies o tomar prestados sus genes, por ejemplo, para mejorar la resistencia a la temperatura o las plagas o para producir frutos más grandes o frutos de cierto color”, dijo Messeder.
Los investigadores descubrieron que el color y el tamaño de los frutos de Solanum se mantuvieron a lo largo de la historia evolutiva, lo que significa que las especies estrechamente relacionadas tienden a tener frutos similares. La evolución del color y el tamaño del fruto también está correlacionada, con cambios en un rasgo que a menudo corresponden a cambios en el otro, lo que hace que los frutos de ciertos colores sean más grandes que los frutos de otros colores.
“Estos resultados sugieren que los mecanismos fisiológicos y moleculares pueden desempeñar un papel en mantener la evolución del color y el tamaño del fruto unidos,” dijo Messeder. “Si bien los frugívoros — o animales que comen principalmente frutas — y los dispersores de semillas pueden influir en la diversificación, debemos considerar todas las posibilidades al estudiar cómo los frutos se volvieron tan diversos”.
Los investigadores también aclararon el origen y la línea de tiempo de diversificación de este género, en parte al incluir información reciente del fósil de la familia de las solanáceas más antiguo — de un género diferente en la familia de las solanáceas cuyo fósil se remonta a unos 52 millones de años — y de genes particulares que mejoraron las estimaciones de la duración de las ramas evolutivas. Los investigadores dataron el origen de Solanum a aproximadamente 53,1 millones de años atrás — 30 millones de años antes de las estimaciones anteriores que se basaron en genes de otras partes de la célula vegetal. Esto dibuja una nueva imagen del entorno que podría haber dado forma a cómo estas plantas se diversificaron en nuevos grupos y especies.
“El entorno de la Tierra cambió drásticamente durante los 30 millones de años en términos de temperatura, dióxido de carbono en la atmósfera, geografía y diversidad animal”, dijo Messeder. “Ahora que sabemos cuándo se originó Solanum y sus subgrupos, podemos pensar en las condiciones que podrían haber promovido la diversificación de ese grupo, así como en cómo otros organismos podrían haber desempeñado un papel”.
El equipo descubrió que los primeros miembros de Solanum tenían bayas de tamaño medio que permanecían verdes cuando maduraban, y que los frutos verdes y amarillos de este grupo se diversificaron hace unos 14 millones de años. Los investigadores especularon con la posibilidad de que los murciélagos desempeñaran un papel en esta diversificación, dada su similar cronología evolutiva y el hecho de que son los principales dispersores de los frutos verdes y amarillos modernos de Solanum. A medida que surgían nuevas especies de murciélagos y se expandían por los lugares donde vivían en esa época, se alimentaban de los frutos de Solanum y transportaban sus semillas a nuevos entornos.
A continuación, los investigadores se proponen estudiar cómo las interacciones modernas entre los animales y los frutos que comen pueden arrojar luz sobre la evolución de ambos grupos, así como explorar la evolución de determinados genes relacionados con el color y el tamaño de los frutos.
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