Nu a fost întotdeauna evident pentru biologi că poliploidia ar fi un lucru bun. De fapt, a avea cromozomi în plus poate afecta în cele din urmă supraviețuirea unei specii, ducând la dispariția acesteia. Și totuși, poliploidia este destul de comună astăzi, mai ales la plante. Acest lucru formează ceea ce Van de Peer numește paradoxul poliploidiei. De ce ar poseda atâtea plante o trăsătură care le face mai slabe din punct de vedere evolutiv?
Într-o nouă lucrare publicată în revista Cell, Van de Peer și colegii săi sugerează un răspuns la această enigmă. Când au analizat evenimentele antice de dublare a genomului la câteva sute de specii de plante, au descoperit că acestea au avut loc în perioade de tulburări din ultimii 150 de milioane de ani – momente de răcire dramatică, încălzire sau extincție în masă. Poliploidia poate ajuta speciile să supraviețuiască unor astfel de zguduiri. Van de Peer crede că a rezolvat în sfârșit paradoxul. „Simt că mă pot pensiona acum, pentru că aceasta este culmea a 25 de ani de muncă”, spune el râzând.
Poți să te gândești la poliploidie ca la un eveniment mutațional la scară largă, explică Van de Peer. „Din când în când, ceva merge prost și ajungi practic cu o celulă nouă care are de două ori mai mult ADN decât o celulă normală de plantă.” Specia poate supraviețui o vreme, dar această dublare în masă a genomului are și bagajul ei. Mai mulți cromozomi pot încetini diviziunea celulară, introducând mai multe oportunități de erori și mutații. Și asta poate duce la alte plante – cu încărcături genetice mai reduse – care să le concureze, ducând la dispariția plantei poliploide. De aceea, majoritatea dublărilor de genom se pierd în timp.
Van de Peer și colegii săi au vrut să înțeleagă ce explică abundența poliploidiei moderne și aparenta raritate a acesteia în trecutul îndepărtat. Primul pas a fost să adune toate cele 470 de genomuri de plante cu flori care au fost secvențiate, un amestec de specii sălbatice și culturi agricole din întreaga lume. Echipa de cercetare a scormonit ADN-ul acestor plante în căutarea unor suite de gene repetate – dovezi ale unor evenimente de dublare a genomului care au avut loc cu mult timp în urmă. „Nu toate plantele au arătat asta”, spune Van de Peer, dar unele da. Și cercetătorii au folosit înregistrările fosile pentru a stabili când au evoluat diferitele plante pentru a determina când a avut loc fiecare eveniment de dublare.
Rezultatele au fost clare. „Aceste dublări complete ale genomului nu apar la întâmplare. Ele sunt grupate în timp”, spune Van de Peer. În special, dublările s-au concentrat în perioade caracterizate de tulburări de mediu din ultimii 150 de milioane de ani – perioade importante de răcire sau încălzire, de exemplu. Sau, poate cel mai dramatic, o astfel de grupare a avut loc acum aproximativ 66 de milioane de ani, când un asteroid s-a ciocnit cu Pământul, întunecând cerul și probabil ștergând dinozaurii – și peste jumătate din toate speciile de plante. Dar nu, se pare, multe dintre plantele poliploide.
În ciuda bagajului lor, plantele poliploide excelează de fapt la supraviețuirea stresului de mediu – sunt un set de „monștri plini de speranță”, cum spune Van de Peer. „Ele ar putea fi mai bune la fotosinteză, de exemplu, pentru că au mai multe gene pentru a capta puțina lumină care mai rămâne”, explică el. „Și astfel au un avantaj față de multe alte linii de plante unde nu a avut loc o dublare a genomului și toate au dispărut.” Cu alte cuvinte, poliploidia este ca o poliță de asigurare. De cele mai multe ori, plantele cu seturi suplimentare de cromozomi dispar. Dar în perioade rare de tulburări extreme, ele câștigă. Iar descendenții lor, care adesea pierd acele copii suplimentare de cromozomi, păstrează în ADN-ul lor dovezi ale evenimentului antic de dublare care a ajutat linia lor să supraviețuiască.
„Lucrarea este cu adevărat riguroasă”, spune Sandra Pitta, biotehnolog în plante la CONICET, Consiliul Național de Cercetări Științifice și Tehnice din Argentina, care nu a fost implicată în studiu. „Și ne oferă multă speranță, într-un fel.” Această speranță se datorează faptului că planeta noastră se confruntă din nou cu o schimbare climatică, una pe care plantele poliploide ar putea să o îndure cu succes. Aceste descoperiri îi vor ajuta și pe crescătorii de plante precum Pitta. „Dacă poliploidismul le ajută să reziste la mai multe tipuri de stres”, spune ea, „ei bine, asta este cu adevărat util pentru mine.” Uneori, o fundătură aparentă poate da roade în viitor – un truc pe care aceste plante îl au în mânecile lor verzi.
De ce este important:
Această descoperire nu este doar o curiozitate științifică. În contextul actual al schimbărilor climatice accelerate, înțelegerea modului în care poliploidia ajută plantele să supraviețuiască unor cataclisme trecute ne poate oferi instrumente pentru a proteja biodiversitatea și a dezvolta culturi mai rezistente. Dacă plantele cu genom dublat pot face față mai bine secetei, temperaturilor extreme sau lipsei de lumină, atunci aceste cunoștințe pot fi aplicate în agricultură și silvicultură pentru a asigura securitatea alimentară și a menține ecosistemele sănătoase într-o lume în schimbare.
