La naturaleza es creativa e ingeniosa: distintas plantas producen la misma sustancia de forma diferente

Especies individuales de familias de plantas muy diferentes producen compuestos de defensa llamados benzoxazinoides. Los investigadores han logrado demostrar, mediante el estudio de dos especies de plantas lejanamente emparentadas, la ortiga dorada y la planta cebra, que enzimas completamente diferentes son responsables de la formación de estos compuestos de defensa. Esto significa que las plantas han desarrollado la capacidad de sintetizar los mismos compuestos varias veces de forma independiente.

Un equipo de científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, ha comprobado la producción en dos especies de plantas con una relación muy lejana de sustancias de defensa llamadas benzoxazinoides: las especies vegetales han desarrollado la capacidad de producir los mismos compuestos de forma diferente, mostrando un interesante mecanismo creativo de adaptación.

Plantas creativas

Todo indica que la naturaleza es más ingeniosa de lo que pensábamos: aunque se sabía que especies individuales de diferentes familias de plantas eran capaces de producir compuestos de defensa derivados del indol, denominado benzoxazinoides, hasta el momento solo se conocía la vía biosintética de los mismos en el caso de gramíneas como el maíz.

Ahora, los investigadores alemanes pudieron demostrar, mediante el análisis de dos especies de plantas con una relación muy distante, en concreto la ortiga dorada y la planta cebra, que emplean enzimas diferentes para producir los mismos compuestos de defensa. Esto sugiere una estrategia de evolución independiente para obtener resultados similares, algo que hasta hoy no parecía factible en el reino vegetal.

Los benzoxazinoides se consideran ecológicamente importantes porque actúan contra una amplia gama de herbívoros y reducen su alimentación. Estos mecanismos de defensa vegetal también exhiben propiedades antimicrobianas y se cree que participan en la mediación de las interacciones entre plantas. Su biosíntesis en el maíz se conoce desde la década de 1990, según una nota de prensa.

Un metabolismo flexible

Aunque su vía biosintética también se ha caracterizado en varias gramíneas, al mismo tiempo se ha descubierto su presencia en otras especies de plantas, aunque hasta el momento se desconocía la forma en que estas variedades lograban sintetizarlos. Su distribución es peculiar: mientras que los metabolitos especializados a menudo ocurren en especies de plantas específicas relacionadas evolutivamente de forma estrecha, los benzoxazinoides muestran el comportamiento opuesto y ocurren esporádicamente en muchas familias de plantas, las cuales poseen una relación muy lejana.

Los científicos lograron demostrar que la vía metabólica de los benzoxazinoides evolucionó de forma independiente en el maíz y en las dos especies investigadas. Mientras en el maíz varias enzimas del citocromo P450 estrechamente relacionadas llevan a cabo pasos específicos de la ruta metabólica, en la ortiga dorada y la planta cebra actúa una monooxigenasa que contiene flavina de doble función, en lugar de dos enzimas citocromo P450 diferentes. Los investigadores se sorprendieron al encontrar tal diversidad de enzimas que realizaban las mismas reacciones.

"Con este trabajo, hemos demostrado cuán flexible puede ser el metabolismo de las plantas. Hemos comprobado que las plantas pueden inventar de forma independiente estrategias muy diferentes para producir los mismos compuestos químicos, y esto ha sucedido al menos tres veces en la historia evolutiva de los benzoxazinoides", concluyó en el comunicado la científica  Sarah E. O’Connor, una de las autoras del nuevo estudio.

Referencia

Reinventing metabolic pathways: Independent evolution of benzoxazinoids in flowering plants. Matilde Florean et al. PNAS (2023). DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2307981120