Girasoles’ Los rayos ultravioleta que atraen a las abejas también ayudan a retener la humedad
ARRIBA: Marco Todesco
A fines del verano, desde el sur de Canadá hasta el norte de México, florecen mares de girasoles en campos y granjas. Las flores, que crecen en la parte superior de tallos largos de uno a tres metros, nos parecen algo uniformes, con anillos de pétalos de color amarillo brillante que adornan iris marrones. Pero las abejas y otros polinizadores que pueden percibir los colores ultravioleta, en cambio, ven dianas que son más oscuras en el medio y más claras en los bordes.
Según un estudio publicado el 18 de enero en eLife, estos Los patrones no solo ayudan a atraer polinizadores, los compuestos que los crean también parecen regular la pérdida de agua, lo que podría ayudar a los girasoles a adaptarse a su entorno. Los investigadores también encontraron una sola región genética responsable del tamaño de la diana.
Muestra cuán inteligente puede ser la adaptación evolutiva, usar el mismo rasgo para hacer dos cosas muy diferentes que son muy importantes. para la planta, Marco Todesco, genetista de plantas de la Universidad de Columbia Británica y autor principal del estudio, le dice a The Scientist.
Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a comprender cómo Los girasoles, y potencialmente otras flores, pueden responder al aumento de las temperaturas y sequías más frecuentes que se espera que ocurran debido al cambio climático.
Un girasol de los campos de la Universidad de British Columbiamarco todesco
El girasol ( Helianthus spp.) es un experto en adaptarse a hábitats hostiles. Los miembros de su género pueden vivir en ambientes extremos, incluso en desiertos cálidos y áridos y marismas. Estamos interesados en entender cómo lo hacen, desde una perspectiva evolutiva y genómica, dice Todesco. campos de Columbia, con la intención de caracterizar rasgos como el color de las flores para que el equipo pudiera descubrir su base genética.
Cuando los investigadores comenzaron a tomar fotografías UV de los girasoles, sus patrones ocultos se destacaron de inmediato. El tamaño de la diana varía mucho de un girasol a otro, desde pequeños círculos en el centro de la flor hasta grandes diana que ocupan todo el pétalo. La variación no fue solo entre especies, sino también entre individuos de la misma especie, lo que indica a los investigadores que podría tener una importancia evolutiva.
Otras especies de flores usan patrones similares para atraer a los polinizadores, por lo que el equipo quería determinar si lo mismo era cierto para los girasoles. Efectivamente, los polinizadores visitaron las flores con diana de tamaño mediano con un 20 a 30 por ciento más de frecuencia que aquellas con diana pequeña o grande, en línea con lo que ha encontrado la investigación en otras plantas. Pero si el tamaño intermedio era el más atractivo para los polinizadores, ¿por qué había tanta variación? Todesco razonó que las dianas deben tener otra función, una que conduzca a la extrema variabilidad de tamaño.
Para investigar esa posibilidad, los investigadores trazaron la variación en el tamaño de las dianas UV para el girasol común (Helianthus annus ) en toda América del Norte mediante el uso de sus individuos cultivados como representantes de sus poblaciones de origen. Efectivamente, vieron un patrón geográfico claro en la variación.
Lo primero que pensó Todescos fue que las diana, que contienen pigmentos que absorben los rayos UV, podrían proteger a los girasoles del exceso de radiación solar. Pero no hubo correlación entre la intensidad UV de la región geográfica original de un girasol y el tamaño medio de la diana.
La siguiente posibilidad que consideraron los investigadores, explica Todesco, fue la temperatura. Estudios anteriores han sugerido que las flores siguen al sol para absorber el calor, lo que las ayuda a crecer más rápido y atrae a los polinizadores. Tal vez las dianas más grandes, con su abundancia de pigmento que absorbe los rayos UV, cumplan una función similar al ayudar a calentar las flores, planteó la hipótesis del equipo. Pero cuando los investigadores compararon la cantidad de calor proveniente de las flores con ojos de buey de diferentes tamaños, no encontraron diferencias en ningún momento del día.
Finalmente, notaron que los girasoles con ojos de buey grandes provenían de ambientes más secos. , mientras que los girasoles con diana pequeña procedían de ambientes más húmedos. Eso llevó a los investigadores a especular que las dianas tenían algo que ver con la retención de humedad. Para probar esa hipótesis, el equipo aisló los pétalos de las flores y midió el tiempo que tardaron en secarse las que tenían una coloración UV diferente.
Descubrimos que las flores que provenían de poblaciones en lugares muy secos tienden a tener estos patrones UV mucho más grandes. Y descubrimos que las plantas con patrones UV más grandes pierden agua a un ritmo mucho más lento, dice Todesco. Eso sería útil en ambientes secos, independientemente de la radiación solar o la temperatura. Mientras tanto, si el clima local es húmedo y cálido, los patrones más pequeños permitirían una mayor transpiración, lo que Todesco compara con el sudor, lo que podría evitar que las flores se sobrecalienten.
El equipo concluyó que los patrones UV tienen un papel doble: atraer a los polinizadores y ayudar el girasol mantiene la cantidad correcta de humedad y que la interacción entre esas presiones impulsa la amplia variación que se observa en la naturaleza.
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A continuación, querían investigar qué genes impulsan esta variación. Los investigadores realizaron estudios de asociación del genoma completo (GWAS) en un subconjunto de las plantas que habían caracterizado. Eligieron dos especies, H. annus y H. peciolar. En H. annus solo, los investigadores encontraron un polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) que era responsable del 62 por ciento de la variación en los patrones UV florales. H. petiolaris no produjo resultados tan limpios. Detectaron varias regiones genómicas asociadas con el tamaño de la diana en H. petiolaris subespecie H. petiolaris petiolaris pero no encontró regiones genómicas asociadas con el tamaño de la diana en la subespecie H. petiolaris fallax.
Encontrar una sola región en el genoma que explicara tanta variación fue bastante sorprendente, dice Matthew Koski, un biólogo de plantas de la Universidad de Clemson que no participó en el estudio. El científico. Koski estudia la pigmentación UV del cinquefoil, una planta con flores.
En H. annus, el SNP influyente se encuentra en un factor de transcripción llamado HaMYB111, que controla la producción de glucósidos de flavonol. Estos compuestos pueden absorber los rayos UV, pero también tienen otras funciones clave, como la retención de agua, la limitación de la transpiración y la reducción del daño causado por el estrés oxidativo. De esa manera, la conexión entre los patrones de UV y la reducción de la pérdida de agua tenía sentido. Se producirían patrones más grandes cuando la planta está bombeando una gran cantidad de glucósidos de flavonol que retienen la humedad. Aún así, para estar seguros de la influencia de los factores de transcripción en la coloración de los pétalos, los investigadores modificaron el gen en Arabidopsis thaliana mutantes, que carecen de diana UV. Las plantas modificadas ganaron puntos de mira, demostrando que HaMYB111 es de hecho responsable de producir los glucósidos que producen la diana.
Esta fue una combinación asombrosa de múltiples enfoques interesantes para comprender tanto el los fundamentos genéticos de la pigmentación floral y los posibles roles de adaptación, dice Koski, y al final, se unió como una historia biológica realmente hermosa.
Esta fue una combinación asombrosa de múltiples enfoques interesantes. para comprender tanto los fundamentos genéticos de la pigmentación floral como los posibles roles de adaptación. . . se unió como una historia biológica realmente hermosa.
Matthew Koski, Universidad de Clemson
Él dice que los hallazgos podrían aplicarse absolutamente a otras flores, y agrega que este estudio y estudios similares pueden potencialmente dar a los investigadores una echar un vistazo a cómo las plantas pueden responder al cambio climático. Desde el punto de vista del cambio global, algunas regiones experimentarán una mayor aridez, algunas regiones experimentarán una menor aridez, más precipitaciones. Este estudio podría ayudar a proyectar cómo estos rasgos podrían responder a los cambios en las condiciones ambientales.
John Burke, un genetista de plantas de la Universidad de Georgia que no participó en el estudio pero que ha colaborado previamente autores del artículo, está de acuerdo. Este es un rasgo único que potencialmente influye en la capacidad de los girasoles para sobrevivir o prosperar en un entorno determinado. Eso podría tener implicaciones para definir los límites de distribución de las especies silvestres y predecir los impactos a medida que cambia el medio ambiente, dice.
Todesco dice que espera que los hallazgos ayuden a los agricultores. Los girasoles se cultivan por varias razones, incluido el aceite de girasol, que es una industria de $ 20 mil millones. El cambio climático global, dice, probablemente alterará esta industria. Estudios como este son importantes, agrega, porque comprender cómo se han [adaptado] los cultivos en el pasado puede proporcionar información sobre cómo hacer que estos cultivos sean más resistentes a lo que se avecina, que es una interrupción de la agricultura y las plantas tal como las conocemos.