Strange Tree Fern tiene un genoma sorprendentemente enorme

Los helechos son raros. Son verdes y frondosas como otras plantas del bosque, pero se reproducen más como los hongos, liberando nubes de esporas. Muchas especies no requieren una pareja para la fertilización, a diferencia de la mayoría de sus primos que producen semillas. Estudios recientes estiman que los helechos se separaron de las plantas con semillas hace unos 400 millones de años.

Y los genomas de los helechos son desconcertantemente grandes. Sin embargo, a pesar de la fisiología única de los helechos y su relación con las plantas con semillas, los investigadores han descuidado en gran medida estos extraños genomas. Hasta hace poco, solo se secuenciaron completamente dos genomas de helechos (relativamente pequeños), en comparación con más de 200 genomas de plantas con flores. Ahora se ha secuenciado con éxito el primer genoma completo del helecho arborescente, el del helecho arborescente mono araña volador, lo que sugiere cómo estas plantas peculiares acumularon un conjunto tan masivo de genes.

“Si desea comprender el origen de las semillas o las flores, los helechos son una comparación muy importante”, dice Fay-Wei Li, bióloga de helechos del Instituto Boyce Thompson de la Universidad de Cornell y coautora del nuevo estudio, publicado en Plantas de la naturaleza. “Pero lo que realmente quiero saber es por qué los genomas de los helechos son tan grandes”.

El equipo de Li descubrió que el helecho con forma de palmera tiene más de seis mil millones de pares de bases de ADN, mil millones más que el genoma promedio de las plantas con flores (los humanos, en comparación, tienen alrededor de tres mil millones de pares). El nuevo análisis sugiere que hace más de 100 millones de años, un ancestro de este helecho duplicó todo su genoma, un error de replicación que es común en las plantas, dice Li.

Pero no está claro por qué los helechos arborescentes mantendrían tanto material genético; la mayoría de las plantas con flores vuelven a tener genomas más delgados después de las duplicaciones. Esta especie podría estar acumulando cromosomas, dice Li: “A esto lo llamo la hipótesis de Marie Kondo. Los cromosomas provocan alegría en los helechos, pero no en las plantas con semillas”. Para las plantas que se reproducen asexualmente, dice, un genoma grande puede agregar oportunidades para que ocurran mutaciones beneficiosas mientras amortigua las indeseables. Los helechos también son longevos, por lo que evolucionan más lentamente, lo que puede haber contribuido a la retención de material genético.

Usando el genoma completamente secuenciado, los investigadores también encontraron qué genes construyen el tallo inusual en forma de tronco del helecho, una valiosa información sobre cómo evolucionaron los rasgos clave en las plantas con tallo, dice Jan de Vries, biólogo evolutivo de plantas de la Universidad de Göttingen en Alemania, quien fue no participan en el estudio. “La evolución es un manipulador. Iluminar qué programas moleculares viables han evolucionado nos dice qué es biológicamente posible y dónde están las limitaciones”, dice. “Usando este conocimiento, podemos comenzar a jugar con fines biológicos sintéticos”.