Evolución de los genes de regulación meristemática de la angiosperma holoparásita Pilostyles boyacensis (Apodanthaceae)

Abstract

Las especies de Apodanthaceae presentan una morfología excepcional dentro de las angiospermas, ya que son holoparásitas endofíticas, que viven totalmente a expensas de otras plantas con flor, y que han perdido la capacidad de fotosintetizar. Esta condición de parasitismo extremo ha causado la pérdida total de raíces, tallos y hojas, y que el desarrollo vegetativo se reduzca a la formación de un tejido filamentoso poco diferenciado que entra en contacto directo con el tejido vascular del hospedero. La fase no críptica ocurre cuando las flores emergen del tallo hospedero y completan su ciclo de vida al formar frutos y semillas viables. Este estudio evaluó la evolución de los linajes de genes regulatorios de meristemas primarios, embriogénesis temprana y diferenciación de células vasculares en la holoparásita Pilostyles boyacensis (Apodanthaceae). Esto, mediante una búsqueda dirigida de genes homólogos en P. boyacensis a los ya documentados en la especie modelo Arabidopsis thaliana, y finalmente se propone una red genética mínima funcional para el desarrollo vegetativo de en Pilostyles. Se generaron cuatro transcriptomas por RNA-seq para (a) flores; (b) frutos de P. boyacensis; (c) endófito y botones florales jóvenes en tallos de la hospedera Dalea cuatrecasasii (Fabaceae); y (d) tallo no infectado de D. cuatrecasasii. Como resultado, se encontraron genes en 10 de las doce familias de genes evaluadas. En total, se encontró aproximadamente una tercera parte de los genes conocidos en la especie modelo, aunque la mayoría de los pocos que se mantienen en la holoparásita presentaron dominios funcionales conservados. Se infiere que la reducción morfológica vegetativa y embrionaria extrema de Pilostyles está evolutivamente vinculada con la reducción de genes expresados como parte de las redes genéticas asociadas a estos procesos. Se mantienen los módulos de interacción mínimos para el desarrollo del embrión y los factores de transcripción asociados al crecimiento del endófito y a una diferenciación vascular incipiente. Los genes asociados al desarrollo de raíz en otras especies no se encontraron siendo expresados, mientras que los relacionados con el inicio de meristemas florales permanecen. (Texto tomado de la fuente).

The species of Apodanthaceae have a unique morphology among angiosperms. They are endophytic holoparasites that thrive exclusively at the expense of other flowering plants and have lost their photosynthetic capacity. The extreme parasitic condition has resulted in a complete loss of roots, shoots, and leaves, leading to a limited vegetative development that forms a filamentous tissue differentiating poorly and directly contacting the host's vascular tissue. The non-cryptic phase commences when flowers emerge from the host stem, eventually producing viable fruits and seeds. This study investigated the evolution of gene lineages regulating primary meristems, early embryogenesis and vascular differentiation in the holoparasitic plant Pilostyles boyacensis (Apodanthaceae). A focused search was conducted to identify homologous genes in P. boyacensis that have been documented in the model species Arabidopsis thaliana. Finally, a minimum functional genetic network for Pilostyles development is proposed. Transcriptomes from four sources were generated through RNA-seq: (a) flowers, (b) fruits of P. boyacensis, (c) endophyte and young flower buds on stems of the host Dalea cuatrecasasii (Fabaceae), and (d) uninfected stems of D. cuatrecasasii. The results of evaluating the twelve families showed genes from ten families. In total, Pilostyles contained only about one-third of the model species' known genes, although most of the few genes that remain in the holoparasite had conserved functional domains. It is inferred that Pilostyles' extreme vegetative and embryonic morphological reduction is evolutionarily linked to a reduction of expressed genes associated with genetic networks of those processes. The minimum interaction modules for embryo development and transcription factors linked to endophytic growth and incipient vascular differentiation remain conserved. No genes related to root development were found expressed, however, genes related to the initiation of floral meristems remain.