«El uso de herramientas genéticas y genómicas nos ayuda a entender cómo han evolucionado y diversificado las distintas plantas»

El investigador Javier Fuertes, de El Real Jardín Botánico de Madrid

El investigador Javier Fuertes, de El Real Jardín Botánico de Madrid

En el Real Jardín Botánico de Madrid se exhiben unas 550 especies vivas de plantas. En uno de sus rincones, donde la sombra de un árbol nos resguarda del inclemente sol estival, nos recibe el investigador Javier Fuertes. Es pionero en el uso de herramientas moleculares en el RJB-CSIC y ha desarrollado importantes contribuciones al estudio de aspectos como la hibridación, filogeografía, filogenia y biogeografía de especies de plantas con flores. Actualmente colabora también con el proyecto NEXTGENDEM del Jardín Botánico Canario Viera y Clavijo, donde sus anteriores investigaciones han contribuido a alcanzar la hipótesis del artículo ‘Hipótesis del incremento de endemicidad del Pleistoceno tardío’, recientemente publicado en Journal of Biogeography.

-¿En qué proyecto se encuentra trabajando actualmente?
-Aparte de nuestra colaboración en NEXTGENDEM, en la actualidad estamos desarrollando un proyecto de investigación, el proyecto NEXTPOL, que intenta averiguar cuáles son los genes de las plantas que cambian cuando cambian los polinizadores. En Canarias nos encontramos con especies que están polinizadas por aves y por insectos y que están emparentadas entre sí. Si estudiamos con herramientas de genómica y transcriptómica cuál es la fracción del genoma que se expresa en cada tipo de flores, podemos ver cuáles son los genes que permiten la adaptación de las distintas especies a cada tipo de polinizador.

-¿De qué manera lleva el ADN de una planta a conocer sobre su origen?
-Cada ser vivo tiene secuencias de genes características que permiten identificarlo. Podemos comparar estos genes entre distintas especies y elaborar un tipo de “árbol genealógico”, el árbol filogenético, que nos ayuda a saber en qué momento de la evolución y en qué lugar se originaron. El uso generalizado de herramientas genéticas y genómicas muy potentes nos ayuda a entender cómo han evolucionado y cómo se han diversificado las distintas plantas. Precisamente, la adaptación a distintos polinizadores es uno de los motores que promueve la diversificación de las plantas en un determinado entorno. Por ejemplo, en Canarias hay muchos endemismos que se caracterizan por tener un tipo de polinizador específico. Cuando estudiamos esos mecanismos, podemos desentrañar cuáles son las bases de esos cambios y comprender los procesos de especiación y de diversificación en otras plantas con flores.

-¿Qué dificultades se encuentra a la hora de elaborar filogenia?
-El hecho de conocer el genoma nos permite averiguar cuáles son las relaciones de parentesco entre las distintas especies endémicas de Canarias: esto es de lo que trata la filogenética, en elaborar árboles de parentesco entre las distintas especies. El problema es que las plantas tienen unos genomas que son entre 10 y 1000 veces más grandes que el genoma humano. Esto requiere procesar una gran cantidad de datos que tenemos que obtener y utilizar técnicas bioinformáticas en ordenadores muy potentes.

-¿Y de qué manera afecta a una planta la capacidad para aumentar el tamaño del genoma? ¿Cuándo se activan los transposones repetidos, cumplen algún papel?
-Sí, el genoma de las plantas, aunque se mantenga un número constante de genes (entre 30.000 y 40.000), son de un tamaño muy grande. La dificultad de elaborar un estudio de los genomas es que gran parte de ellos están formados por elementos repetitivos que no se traducen en proteínas, pero que en muchos casos cumplen una función estructural o reguladora de los genes muy importante. Debido a su naturaleza repetitiva, este tipo de elementos son los que nos dificultan el ensamblaje de los genomas. Es uno de los grandes obstáculos que nos enfrentamos cuando tenemos que ensamblar los genomas de las plantas comparados con los genomas humanos o los genomas de animales y de bacterias, que son muchísimo más pequeños. Los transposones son una clase de elemento repetitivo que por su naturaleza contribuyen a los cambios dentro de un mismo genoma, incluso dentro de un mismo individuo en diferentes tejidos y órganos.

El investigador Javier Fuertes, de El Real Jardín Botánico de Madrid

El investigador Javier Fuertes, de El Real Jardín Botánico de Madrid

-¿De qué manera colabora el CSIC con NEXTGENDEM?

-Trabajar en el proyecto NEXTGENDEM representa una oportunidad muy importante de colaboración y para promover sinergias entre los científicos de la unidad asociada al CSIC, que forma parte del Jardín Botánico Canario Viera y Clavijo de Gran Canaria, y el grupo de Biología Evolutiva de Plantas del Real Jardín Botánico de Madrid. Podemos abordar de una forma colaborativa una serie de proyectos que tenemos en marcha, en los que se puede saber cuáles son los mecanismos, las causas, los procesos en el tiempo y en el espacio por los cuales se ha producido la diversificación de la flora en Canarias. La oportunidad de acceder a una plataforma donde poder organizar todos los datos genéticos y de biodiversidad e integrarlos en una base de datos común que va a estar abierta a todos los científicos y otros usuarios interesados, nos es muy prometedora más allá del estudio de su biodiversidad. Por un lado, nos da herramientas para establecer cuáles son las estrategias necesarias de conservación de las plantas canarias – un tema muy importante dadas las amenazas de extinción que existen en la actualidad). Por otro, la posibilidad de poder estudiar de una forma conjunta la evolución de las floras en el tiempo sabemos que después de las glaciaciones del Pleistoceno se produjo una especiación muy grande, gran parte de los endemismos canarios son posteriores a las glaciaciones de Pleistoceno); y también evaluar cuál es el origen continental de cada linaje presente en la flora canaria.

-A raíz de esto, hay un artículo llamado ‘The late Pleistocene endemicity increase hypothesis and the origins of diversity in the Canary Islands Flora (Caujapé-Castells et al., 2022)’. ¿Qué aportaron sus anteriores estudios a estas investigaciones?
-Este artículo, en particular, es el resultado de trabajos anteriores, en los cuales estudiamos tanto especies que han llegado recientemente a Canarias, como especies que llegaron al comienzo de la colonización de las islas, al comienzo del origen de la isla de Tenerife. Comparamos en esta isla en particular cómo se ha producido la colonización de las islas de especies que han llegado durante la última glaciación. Trabajamos con dos especies de malváceas, un endemismo que es muy antiguo Navaea phoenicea, la higuereta y otro, un neoendemismo que es más moderno, Malva canariensis o malva de risco. Todo este tipo de trabajos acumulados de cientos de especies canarias ha permitido identificar los patrones acerca de cómo han evolucionado los distintos tipos de endemismos) y por el contrario las hipótesis que nos permiten explicarlos se benefician de toda la información que se acumula en la base de datos de NEXTGENDEM.

-¿De qué manera afecta este estudio a la concepción que teníamos de la flora endémica?
-Cuando se planteó el artículo, la idea principal fue intentar ver los distintos patrones de distribución de endemismos entre las distintas islas, y lo que sí se ha confirmado es que hay dos grandes tipos de patrones de colonización: en L o en J, dependiendo del tipo de distribución a lo largo de las islas. Hay endemismos (probablemente antiguos) que están distribuidos en pocas islas y hay otros que se distribuyen en más, que tienen una distribución lo que se llama en L. Al mismo tiempo, ayuda a formular una hipótesis general sobre los ciclos de evolución de endemismos en islas a lo largo de los últimos 15 millones de años en Canarias.

-Los estudios genéticos con flora insular permiten una mejor comprensión de los procesos de radiación. ¿Por qué? ¿Podría ponernos un ejemplo?
-Los procesos de radiación en islas se generan porque, tras la llegada de un colonizador a las islas, la ocupación de los distintos nichos ecológicos y se encuentran con nuevas oportunidades con distintas condiciones ecológicas, bioclimáticas y de suelo que están libres y que son rápidamente ocupadas. Esto lleva a una diversificación relativamente grande en número de especies, al ocupar muchos nichos, forman lo que se llaman radiaciones evolutivas. Este proceso se combina con la capacidad de dispersarse a otras islas. En Canarias, tenemos los ejemplos clásicos de Argyranthemum, Echium o Crambe y otros géneros. Lo que ocurre es que estas radiaciones son muy difíciles de estudiar porque al producirse en un corto espacio de tiempo, tienen problemas para dejar una huella genética. Esto hace que los estudios biogeográficos y poblacionales un poco más profundos como los que se abordan en NEXTGENDEM ayuden a entender cuáles han sido los procesos que han resultado en la radiación y el contexto evolutivo en el que se han generado. Gran parte de los endemismos de Canarias están agrupados dentro de distintas radiaciones, como en los ejemplos que he mencionado.

-¿Cuáles son los principales atractivos de la flora insular dentro de este proceso de establecimiento adaptativo?
-El atractivo para los científicos desde luego es evidente: podemos estudiar cómo se ha producido la evolución de la biodiversidad en un determinado grupo de plantas. Al contrario que en un continente, las islas constituyen laboratorios naturales donde están concentrados en el tiempo y en el espacio, en un pequeño entorno los procesos evolutivos que se producen en todos los ecosistemas de la Tierra. La biota de las islas nos ayuda a abordar este problema de una manera más completa y profunda. Pero, además, para el público y las personas a las que les interesa la naturaleza, las radiaciones tienen el atractivo que producen un rango de variación tanto en biotipos, como tipos de flores, o tipos de polinización, tipos de hábitats, formas, vegetales, que resultan muy atractivas al concentrarse en un pequeño espacio geográfico como un archipiélago. A su vez, demuestran una riqueza que debemos conservar porque constituyen una enorme fuente de diversidad genética, de la que luego podemos derivar aspectos del estudio de las plantas con aplicaciones más directas.

-¿Puede este ser un factor también que aumente su fragilidad?
-Los endemismos que se originan en un contexto de radiación adaptativa, en un marco de colonización insular, hacen que estén formadas por poblaciones muy pequeñas y vulnerables a distintos tipos de amenazas, principalmente las derivadas de la ocupación humana. Al mismo tiempo, al estar muy poco aisladas genéticamente, por no haber transcurrido tiempo suficientes para que se acumulen mutaciones, es frecuente que su diversidad genéticas e pueda preservar, por la posibilidad de la hibridación entre especies próximas. Esto hace que se pierdan las especies endémicas, que se produzca una pérdida de la biodiversidad, ya que al no estar aisladas, no tienen barreras genéticas fuertes. Debemos de ser conscientes de que en conservación no solo hay que mantener la integridad de las especies, o un género o un grupo de especies en una radiación, sino también hay preservar la identidad genética de cada una de las poblaciones e islas que la componen, porque cada una de ellas es el resultado de una adaptación a un determinado nicho ecológico y a un lugar geográfico.

-Y en el caso de la flora endémica canaria, ¿qué particularidad tiene en su ADN?
-El ADN de las especies de plantas de Canarias no tiene nada que no esté presente en otras plantas de floras insulares. Lo particular es la forma en cómo la evolución ha terminado de dar forma a todas las especies que allí viven y las que han vivido y se han extinguido. Genéticamente, la flora endémica canaria se compone tanto de endemismos antiguos como de endemismos modernos. Hay rasgos generales que aparece en las plantas de la flora canaria como es la ausencia de poliploides, es decir: de especies que tengan muchas copias de su ADN, cuya ventaja evolutiva se revela mejor en entornos que tienen mucha más variabilidad climática. En la Península Ibérica, o en el centro de Europa, hay muchos poliploides que han sido seleccionados porque respondieron con adaptaciones durante los periodos glaciares e interglaciares. En Canarias, en cambio, al ser nichos ecológicos más estables, la ventaja de tener muchas copias, digamos, “de reserva” para adaptarse a cambios, desaparece y en general, la frecuencia de poliploides, es mucho menor que en los sistemas montañosos de la Península Ibérica, por ejemplo.

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