Le piante hanno diversi cicli vitali, alcune sono annuali e fioriscono una volta prima di morire, mentre altre sono perenni e continuano a fiorire in stagioni successive e spesso vivono per molti anni. I tempi di riproduzione assicurano in modo puntuale che i fiori maturino al momento opportuno durante il ciclo stagionale per produrre un numero ottimale di semi.
Gli scienziati del Max-Planck Institute for Plant Breeding Research di Colonia hanno ibridato specie annuali e perenni strettamente imparentate del genere Arabis e hanno identificato un gene, MADS-box, che ritarda la fioritura.
Il gene è presente nelle specie annuali ma non in quelle perenni. Una combinazione di confronti filogenetici, sequenziamento del genoma e analisi di espressione tra specie di Arabis e altre specie di Crucifere, ha rivelato che durante l’evoluzione, il gene MADS-box è sorto per duplicazione e spostamento su un cromosoma diverso ed è stato trattenuto nella specie annuale durante la sua evoluzione, probabilmente per compensare la ridotta attività di altri geni correlati.
I ricercatori hanno incrociato la specie annuale Arabis montbretiana con una specie perenne strettamente imparentata, l’Arabis alpina, e hanno generato linee di introgressione stabili che contenevano materiale genetico di entrambi i genitori.
Quando le linee sono state esaminate per le piante che mostravano tratti riproduttivi alterati si è osservato che molte fiorivano molto più tardi del genitore Arabis alpina e che contenevano segmenti del cromosoma 2 di Arabis Montbretiana.
I ricercatori hanno confermato che l’introduzione di uno di questi geni, AmMAR1, in A. alpina ha ritardato la fioritura reprimendo l’espressione di molti geni coinvolti nelle prime fasi della differenziazione floreale all’apice del germoglio.
Per comprendere la divergenza evolutiva, i ricercatori hanno cercato di vedere se MAR1 è presente in altre specie di Brassicaceae – famiglia delle Crucifere cui appartiene il genere Arabis – e hanno eseguito un confronto dettagliato delle sequenze delle proteine MAR e MAF tra queste specie e non è stato trovato nessun gene MAR nei genomi di Arabidopsis thaliana o di altre specie Crucifere più lontanamente imparentate, suggerendo che questi geni siano sorti durante la diversificazione evolutiva del solo genere Arabis.
Durante l’evoluzione, la duplicazione dei geni e la loro successiva funzionalizzazione possono contribuire alla comparsa di nuovi tratti che aiutano le piante ad adattarsi all’ambiente. E la rilevanza dell’amplificazione dei geni MAF e MAR in diverse specie di Brassiceae è correlata al loro comportamento di fioritura, in particolare in risposta alle basse temperature.
Il valore dell’analisi filogenetica dettagliata dei cluster di geni in specie vegetali strettamente imparentate risulta dunque fondamentale per comprendere e caratterizzare le differenze funzionali che hanno modulato e modulano le risposte di fioritura adattive.
Lo studio “Transposition and duplication of MADS-domain transcription factor genes in annual and perennial Arabis species modulates flowering” è stato pubblicato sulla rivista accademica PNAS.