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CIBC-UAM

NiDEvA: Comprendiendo la historia evolutiva de la familia Araliaceae

31/01/2020

Comprender la evolución nos permite entender el origen de la diversidad actual y los mecanismos que llevaron a la misma. Siendo las plantas esenciales para el resto de los organismos, comprender los mecanismos que provocaron la aparición y extinción de las distintas especies es fundamental para reconstruir la historia de la vida. Desde el Área de Botánica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) comenzó en el 2018 el proyecto NiDEvA para el estudio de la evolución de las araliáceas, la familia de las hiedras, liderado por la investigadora Virginia Valcárcel. El proyecto ya está arrojando luz sobre la distribución de los antecesores de estas plantas y cómo las fluctuaciones climáticas durante el Eoceno influyeron en la historia evolutiva del grupo, configurando una rápida colonización de distintas latitudes y una rápida formación de géneros tanto templados como tropicales. Este trabajo también ha permitido resolver cuestiones sobre las causas de las dificultades metodológicas encontradas en el pasado en el estudio de este grupo

Árbol filogenético del Grupo Asiático de Hojas Palmeadas de la familia Araliaceae
Árbol filogenético del Grupo Asiático de Hojas Palmeadas de la familia Araliaceae. El color azul de los diagramas de quesitos situados en los nodos del árbol indica que la distribución del ancestro de ese nodo incluía el este de Asia y el Neotrópico

Araliaceae es una familia de plantas en la que se encuentran las hiedras y el gingseng, que se distribuye por todos los continentes menos en la Antártida. Los miembros de esta familia habitan principalmente en regiones tropicales, subtropicales y más raramente en regiones templadas, siendo a menudo parte esencial en la estructura de los bosques y matorrales. Los estudios moleculares han desvelado la existencia de 4 grandes clados dentro de las Araliáceas. El Proyecto NiDEvA (The role of Niche Differentiation in the Evolution of the Araliaceae: Macro- and micro-evolutionary analyses, financiado por Ministerio de Economía, Industria y Competitividad) se centra en el estudio del clado más grande de la familia, el Grupo Asiático de Hojas Palmeadas (Asian Palmate Group, AsPG), que contiene aproximadamente 1000 especies y se distribuye principalmente por Asia (17 géneros), Europa (1 género, el de las hiedras) y América (4 géneros).

Antes de este proyecto, en 2001, comenzaron los primeros trabajos de este grupo de investigación en torno a la recuperación de la historia evolutiva de estos géneros, es decir, conocer cómo se originaron, como se relacionan entre sí (parentesco evolutivo), etc. Entonces, los estudios se realizaban utilizando secuenciación Sanger, que consiste en secuenciar de forma independiente unas pocas regiones del ADN. Estas secuencias se comparan entre los distintos géneros del grupo buscando diferencias y semejanzas en sus bases nucleotídicas que permitan reconstruir las relaciones evolutivas (filogenia) entre los organismos estudiados y plasmarlas de forma gráfica en lo que conocemos como árboles filogenéticos. Uno de los últimos estudios del AsPG con secuenciación Sanger, realizado en 2014 por el equipo de la investigadora, analizaba 7 genes y más de 6.000 pares de bases. El aumento del número de genes estudiados permitió resolver las relaciones filogenéticas más recientes del AsPG, es decir, el modo en el que las especies de cada género fueron surgiendo. Sin embargo, a pesar del aumento en el número de genes, no se pudieron resolver las relaciones evolutivas en el origen del clado, o dicho de otra manera, el modo en el que los diferentes géneros fueron surgiendo. Esto podía tener dos posibles causas: que se tratara de un error de muestreo debido al estudio de un número insuficiente de genes o ser el reflejo del proceso evolutivo conocido como radiación.

Para el proyecto NiDEvA, se decidió utilizar secuenciación masiva (Next Generation Sequencing o NGS), una técnica de nueva generación que permite estudiar de forma masiva y simultánea millones de secuencias de ADN en un mismo experimento. Mediante esta técnica se puede obtener todo el genoma de la muestra utilizada. En este caso, se analizó el genoma del cloroplasto o genoma plastidial (aproximadamente 156.000 pares de bases). El resultado del análisis de los genomas completos de todos los géneros de AsPG reveló un árbol filogenético sorprendentemente parecido a los obtenidos con secuenciación Sanger de unas pocas regiones de ADN. Es decir, que a pesar de haber pasado de 6.000 a 156.000 pares de bases, los métodos de análisis siguen sin poder resolver las relaciones evolutivas que dieron origen a los géneros del AsPG.

“Cuando representamos gráficamente la filogenia del AsPG, vemos que hacia los extremos está clara la diversificación de cada género, pero cómo divergieron en el origen no podemos saberlo con el genoma plastidial, a pesar de que aporta una enorme cantidad de información.” – explica Virginia Valcárcel, investigadora principal del Proyecto NiDEvA – “En el árbol filogenético, la longitud de las ramas indica el tiempo transcurrido. En el origen del grupo podemos ver que las ramas son muy cortas, es decir que desde que una rama se bifurca hasta que las dos ramas descendientes vuelven a bifurcarse ha pasado muy poco tiempo. Eso significa que en muy corto espacio de tiempo se produjo una gran radiación.” Por tanto, la falta de resolución en la base del árbol no se debería al fallo metodológico que antes referíamos (bajo número de regiones de ADN), sino a que los géneros divergieron muy rápidamente en el origen, no dando tiempo suficiente a que se acumulen los cambios de ADN necesarios para poder trazar la historia evolutiva.

Utilizando una filogenia datada, en la que se conoce en qué momento de la historia geológica de la Tierra tuvieron lugar las bifurcaciones, el equipo investigador reconstruyó la distribución de los ancestros del grupo. Estos análisis mostraron que el origen del clado parece encontrarse en el este de Asia desde donde muy rápidamente se expandió al Neotrópico (Sur de México, América Central y Sudamérica). Parece que durante gran parte del Eoceno (50-31 millones de años) los antepasados del AsPG presentaban una amplia distribución que abarcaba el este de Asia y el Neotrópico. De hecho, las fluctuaciones climáticas entre períodos cálidos y períodos fríos acaecidas durante el Eoceno podrían explicar un interesante fenómeno ocurrido en este clado, por el que de forma independiente en numerosas ocasiones, este grupo de araliáceas ha sido capaz de abandonar su hábitat tropical para instalarse con éxito en zonas templadas. “Durante las épocas cálidas, se produciría un ascenso latitudinal desde el trópico a las latitudes templadas, mientras que en las épocas frías se produciría el movimiento contrario, sobreviviendo algunos ejemplares en determinados enclaves resguardados de las regiones templadas que habrían ido dando lugar a los diferentes géneros templados” – concluye la investigadora –.

 

Referencias

The role of niche differentiation in the evolution of the Araliaceae: Macro- and micro-evolutionary analyses (NiDEvA; CGL2017-87198-P). Ministerio de Economía y Competitividad. V. Valcárcel (CIBC-UAM), J. Wen (National Museum of Natural History, Smithsonian Institution), N. G. Medina (CIBC-UAM), M. Fernández-Mazuecos (Real Jardín Botánico de Madrid, CSIC), L. Valente (Naturalis Biodievrsity Center), M. Coca de la Iglesia (UAM), A. Gallego Narbón (UAM)

Valcárcel, V., & Wen, J. (2019). Chloroplast phylogenomic data support Eocene amphi‐Pacific early radiation for the Asian Palmate core Araliaceae. Journal of Systematics and Evolution57(6), 547-560.