¿Sabes por qué los genomas mitocondriales de los animales son mucho más pequeños que los de las plantas?
La evolución del genoma de los plástidos vegetales forma parte de mi proyecto. Aquí comentaré brevemente las características, causas y consecuencias del genoma mitocondrial de las plantas.
Las principales características de los genomas mitocondriales de las plantas son: enorme variación en el tamaño y la estructura del genoma, pero genes extremadamente conservados; distribución genética muy escasa, que contiene una gran cantidad de secuencias no codificantes y una gran cantidad de ARN; edición.
El tamaño del genoma mitocondrial circular de la mayoría de los animales es de unos 15-17 kb, y la estructura es relativamente conservadora y los genes están dispuestos de forma compacta. Estas características son similares al genoma del cloroplasto de las plantas, que tiene entre 100. -200kb de tamaño entre. Sin embargo, el genoma mitocondrial de la planta tiene características completamente diferentes a los dos primeros, y su tamaño generalmente oscila entre 200 y 750 kb. Algunas plantas, como el pepino, tienen genomas mitocondriales de hasta 1556 kb. Y esta diferencia en el tamaño del genoma puede ser enorme incluso entre especies estrechamente relacionadas. Por ejemplo, en el género Silene, el genoma mitocondrial de S. noctiflora tiene 6.728 kb, mientras que el genoma mitocondrial de S. latifolia tiene 253 kb. Las dos son plantas del mismo género y el tamaño del genoma mitocondrial de la última es más de 30 veces mayor que el de la primera. Incluso dentro de una misma especie, las diferencias en los genomas mitocondriales son muy significativas. Por ejemplo, en S. vulgaris, solo aproximadamente la mitad de las secuencias del genoma mitocondrial son idénticas entre dos poblaciones diferentes (Sloane et al., 2012).
Aunque el genoma mitocondrial de las plantas es muy grande, no contiene muchos genes codificantes y están dispuestos de forma muy dispersa. Hay alrededor de 100 genes en el genoma del cloroplasto de las plantas, pero el genoma mitocondrial de Arabidopsis thaliana, que es más grande que el genoma del cloroplasto, tiene sólo alrededor de 50 genes, mientras que el genoma mitocondrial humano tiene 37 genes. Arabidopsis tiene menos del doble de genes mitocondriales que los humanos, pero su genoma es 22 veces más grande. En otras palabras, la mayoría de los genomas mitocondriales de las plantas son secuencias no codificantes, y estas secuencias representan más del 60% de todo el genoma mitocondrial de Arabidopsis. Estas secuencias no codificantes consisten en segmentos repetitivos, secuencias transferidas del genoma y genoma del cloroplasto, o incluso secuencias de otras especies obtenidas mediante transferencia horizontal de genes. Por ejemplo, el genoma mitocondrial de Amborella trichopoda, la angiosperma más antigua, contiene una gran cantidad de fragmentos de secuencia de musgos, algas verdes y otras angiospermas (Rice, 2013).
La estructura de los genomas mitocondriales de las plantas varía mucho, pero los genes mitocondriales están extremadamente conservados. Son los más conservados entre los tres genomas de las plantas y tienen el ritmo de evolución más lento. El pepino tiene sólo cuatro genes más que Arabidopsis en su enorme genoma mitocondrial. Precisamente porque los genes mitocondriales de las plantas están muy conservados y carecen de diferenciación, generalmente no se seleccionan como marcadores moleculares para estudios sistemáticos. Esto es exactamente lo contrario de los animales, cuyos genes mitocondriales evolucionan a un ritmo más rápido, por lo que son los marcadores moleculares más utilizados en estudios sistemáticos con animales.
Entonces, ¿qué causa que el genoma mitocondrial de las plantas sea tan grande y contenga tantas secuencias no codificantes? ¿Y qué es lo que hace que el propio gen mitocondrial sea inmune a los cambios en un genoma tan salvajemente mutado y permanezca tan estable como el monte Tai? En la actualidad, utilizamos dos conjuntos diferentes de mecanismos de reparación del ADN que ocurren en las regiones codificantes y no codificantes de las mitocondrias para explicarlo.