La exaptación de las redes de identidad celular ancestral permite la fotosíntesis

Área de la Ciencia:

• Biología vegetal
• Evolución molecular
• La bioquímica

Sus antecedentes:

• La fotosíntesis C4 mejora significativamente la productividad de las plantas en comparación con la vía C3 ancestral.
• Esta vía implica la compartimentación de la fijación de CO2 en las células de la vaina del haz, pero el mecanismo de su activación es desconocido.

Objetivo del estudio:

• Elucidar los mecanismos moleculares subyacentes a la identidad y activación de las células de la vaina del haz en la fotosíntesis C4.
• Investigar el papel de los elementos cis-reguladores en la evolución de la fotosíntesis C4.

Principales métodos:

• Se utilizaron atlas de expresión génica de un solo núcleo y de accesibilidad a la cromatina.
• Se identificó la unión al ADN con motivos de un dedo (DOF) como elementos reguladores clave.

Principales resultados:

• Los cambios en la expresión del gen de la vaina del haz en las hojas C4 están relacionados con la adquisición de un código cis presente en las hojas C3.
• Se descubrió que los motivos DOF definen la identidad de la envoltura del haz en los cultivos C3 y C4.
• Los genes de fotosíntesis en las células de la vaina del sorgo C4 obtuvieron elementos cis reconocidos por el DOF.

Conclusiones:

• La fotosíntesis C4 probablemente evolucionó mediante el reclutamiento de un código cis ancestral asociado con la identidad de la vaina del haz.
• Este reclutamiento aprovechó los patrones de factores de transcripción existentes para activar la fotosíntesis en las células de la vaina del haz.
• Los hallazgos proporcionan información molecular sobre la evolución de C4 y estrategias potenciales para la ingeniería de rasgos C4 en cultivos C3.