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9.11: El papel de las plantas de semillas - Biología

9.11: El papel de las plantas de semillas - Biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Discutir los roles que juegan las plantas en los ecosistemas.

Sin semillas de plantas, la vida tal como la conocemos no sería posible. Las plantas juegan un papel clave en el mantenimiento de los ecosistemas terrestres a través de la estabilización de los suelos, el ciclo del carbono y la moderación del clima. Los grandes bosques tropicales liberan oxígeno y actúan como sumideros de dióxido de carbono. Las plantas con semillas brindan refugio a muchas formas de vida, así como alimento para los herbívoros, alimentando así indirectamente a los carnívoros. Los metabolitos secundarios de las plantas se utilizan con fines medicinales y en la producción industrial.

Animales y plantas: herbivoría

La coevolución de plantas con flores e insectos es una hipótesis que ha recibido mucha atención y apoyo, especialmente porque tanto las angiospermas como los insectos se diversificaron aproximadamente al mismo tiempo en el Mesozoico medio. Muchos autores han atribuido la diversidad de plantas e insectos a la polinización y la herbivoría, o al consumo de plantas por insectos y otros animales. Se cree que esto fue tanto una fuerza impulsora como la polinización. En la naturaleza se observa la coevolución de herbívoros y defensas de las plantas. A diferencia de los animales, la mayoría de las plantas no pueden correr más rápido que los depredadores o utilizar la mímica para esconderse de los animales hambrientos. Existe una especie de carrera armamentista entre plantas y herbívoros. Para “combatir” a los herbívoros, algunas semillas de plantas, como la bellota y el caqui sin madurar, tienen un alto contenido de alcaloides y, por lo tanto, son desagradables para algunos animales. Otras plantas están protegidas por la corteza, aunque algunos animales desarrollaron bocas especializadas para rasgar y masticar material vegetal. Las espinas y las espinas (Figura 1) disuaden a la mayoría de los animales, excepto a los mamíferos con pelaje grueso, y algunas aves tienen picos especializados para superar tales defensas.

La herbivoría ha sido utilizada por las plantas de semillas para su propio beneficio en una muestra de relaciones mutualistas. La dispersión de frutos por animales es el ejemplo más llamativo. La planta ofrece al herbívoro una fuente nutritiva de alimento a cambio de esparcir el material genético de la planta a un área más amplia.

Un ejemplo extremo de colaboración entre un animal y una planta es el caso de las acacias y las hormigas. Los árboles sostienen a los insectos con refugio y comida. A cambio, las hormigas desalientan a los herbívoros, tanto invertebrados como vertebrados, al picar y atacar a los insectos que comen hojas.

Animales y plantas: polinización

Los pastos son un grupo exitoso de plantas con flores que son polinizadas por el viento. Producen grandes cantidades de polen en polvo transportado a grandes distancias por el viento. Las flores son pequeñas y parecidas a briznas. Los árboles grandes como robles, arces y abedules también son polinizados por el viento.

Explore este sitio web para obtener información adicional sobre polinizadores.

Más del 80 por ciento de las angiospermas dependen de los animales para la polinización: la transferencia de polen de la antera al estigma. En consecuencia, las plantas han desarrollado muchas adaptaciones para atraer a los polinizadores. La especificidad de las estructuras vegetales especializadas que se dirigen a los animales puede ser muy sorprendente. Es posible, por ejemplo, determinar el tipo de polinizador favorecido por una planta solo a partir de las características de la flor. Muchas flores polinizadas por aves o insectos secretan néctar, que es un líquido azucarado.

También producen tanto polen fértil, para la reproducción, como polen estéril rico en nutrientes para aves e insectos. Las mariposas y las abejas pueden detectar la luz ultravioleta. Las flores que atraen a estos polinizadores suelen mostrar un patrón de reflectancia ultravioleta baja que les ayuda a localizar rápidamente el centro de la flor y recoger el néctar mientras se espolvorean con polen (Figura 2). Los colibríes prefieren las flores grandes, rojas, con poco olor y una forma de embudo largo, que tienen una buena percepción del color, un mal sentido del olfato y necesitan una posición fuerte. Las flores blancas abiertas por la noche atraen a las polillas. Otros animales, como murciélagos, lémures y lagartos, también pueden actuar como agentes polinizadores. Cualquier interrupción de estas interacciones, como la desaparición de las abejas como consecuencia de los trastornos del colapso de las colonias, puede provocar un desastre para las industrias agrícolas que dependen en gran medida de los cultivos polinizados.

Prueba de atracción de moscas por olor a carne podrida

Pregunta: ¿Las flores que ofrecen señales a las abejas atraerán moscas carroñeras si se rocían con compuestos que huelen a carne podrida?

Fondo: La visita de las flores por las moscas polinizadoras es una función principalmente del olfato. Las moscas se sienten atraídas por la carne podrida y las carroñas. El olor pútrido parece ser el principal atrayente. Las poliaminas putrescina y cadaverina, que son el producto de la degradación de las proteínas después de la muerte del animal, son la fuente del olor acre de la carne en descomposición. Algunas plantas atraen estratégicamente a las moscas sintetizando poliaminas similares a las generadas por la carne en descomposición y, por lo tanto, atraen a las moscas carroñeras.

Las moscas buscan animales muertos porque normalmente ponen sus huevos sobre ellos y sus gusanos se alimentan de la carne en descomposición. Curiosamente, un entomólogo forense puede determinar el momento de la muerte en función de las etapas y el tipo de gusanos recuperados de los cadáveres.

Hipótesis: Debido a que las moscas se sienten atraídas por otros organismos basándose en el olfato y no en la vista, una flor que normalmente es atractiva para las abejas debido a sus colores atraerá moscas si se rocía con poliaminas similares a las generadas por la carne en descomposición.

Prueba la hipótesis:

  1. Seleccione flores generalmente polinizadas por abejas. La petunia blanca puede ser una buena opción.
  2. Divida las flores en dos grupos y, mientras usa protección para los ojos y guantes, rocíe un grupo con una solución de putrescina o cadaverina. (El diclorhidrato de putrescina generalmente está disponible en una concentración del 98 por ciento; esto se puede diluir hasta aproximadamente el 50 por ciento para este experimento).
  3. Coloque las flores en un lugar donde haya moscas, manteniendo separadas las flores rociadas y sin rociar.
  4. Observe el movimiento de las moscas durante una hora. Registre el número de visitas a las flores usando una tabla similar a la Tabla 1. Dado el rápido movimiento de las moscas, puede ser beneficioso usar una cámara de video para registrar la interacción mosca-flor. Reproduzca el video en cámara lenta para obtener un registro preciso del número de visitas de moscas a las flores.
  5. Repita el experimento cuatro veces más con la misma especie de flor, pero usando diferentes especímenes.
  6. Repite todo el experimento con un tipo diferente de flor que normalmente es polinizada por abejas.
Tabla 1. Resultados del número de visitas de moscas a flores rociadas y de control / no rociadas
Prueba #Flores rociadasFlores sin rociar
1
2
3
4
5

Analiza tus datos: revisa los datos que has registrado. Promedie el número de visitas que las moscas hicieron a las flores rociadas en el transcurso de las cinco pruebas (en el primer tipo de flor) y compárelas y contrastelas con el número promedio de visitas que las moscas hicieron a las flores sin rociar / de control. ¿Puede sacar alguna conclusión sobre la atracción de las moscas por las flores rociadas?

Para el segundo tipo de flor utilizado, promedie el número de visitas que las moscas hicieron a las flores rociadas en el transcurso de las cinco pruebas y compárelas y contraste con el número promedio de visitas que las moscas hicieron a las flores sin rociar / de control. ¿Puede sacar alguna conclusión sobre la atracción de las moscas por las flores rociadas?

Compare y contraste el número promedio de visitas que las moscas hicieron a los dos tipos de flores. ¿Puede sacar alguna conclusión sobre si la apariencia de la flor tuvo algún impacto en la atracción de las moscas? ¿El olfato anuló las diferencias de apariencia o las moscas se sintieron atraídas por un tipo de flor más que por otro?

Forme una conclusión: ¿Los resultados apoyan la hipótesis? Si no es así, ¿cómo se puede explicar esto?

La importancia de las plantas de semillas en la vida humana

Las plantas de semillas son la base de la dieta humana en todo el mundo (Figura 3). Muchas sociedades comen casi exclusivamente comida vegetariana y dependen únicamente de las plantas de semillas para sus necesidades nutricionales. Algunos cultivos (arroz, trigo y patatas) dominan el paisaje agrícola. Muchos cultivos se desarrollaron durante la revolución agrícola, cuando las sociedades humanas hicieron la transición de cazadores-recolectores nómadas a la horticultura y la agricultura. Los cereales, ricos en carbohidratos, constituyen el alimento básico de muchas dietas humanas. Los frijoles y las nueces aportan proteínas. Las grasas se derivan de semillas trituradas, como es el caso de los aceites de cacahuete y colza (canola), o de frutas como las aceitunas. La cría de animales también consume grandes cantidades de cultivos.

Los cultivos básicos no son el único alimento derivado de plantas con semillas. Las frutas y verduras aportan nutrientes, vitaminas y fibra. El azúcar, para endulzar los platos, se produce a partir de la caña de azúcar monocotiledónea y de la remolacha azucarera eudicot. Las bebidas se elaboran a partir de infusiones de hojas de té, flores de manzanilla, granos de café triturados o granos de cacao en polvo. Las especias provienen de muchas partes diferentes de la planta: el azafrán y el clavo son estambres y brotes, la pimienta negra y la vainilla son semillas, la corteza de un arbusto en el Laurales La familia suministra canela, y las hierbas que dan sabor a muchos platos provienen de hojas secas y frutas, como el picante pimiento rojo. Los aceites volátiles de las flores y la corteza proporcionan el aroma de los perfumes. Además, ninguna discusión sobre la contribución de las plantas de semillas a la dieta humana estaría completa sin la mención del alcohol. La fermentación de azúcares y almidones de origen vegetal se utiliza para producir bebidas alcohólicas en todas las sociedades. En algunos casos, las bebidas se derivan de la fermentación de azúcares de frutas, como ocurre con los vinos y, en otros casos, de la fermentación de carbohidratos derivados de semillas, como ocurre con las cervezas.

Las plantas de semillas tienen muchos otros usos, incluido el suministro de madera como fuente de madera para la construcción, combustible y material para construir muebles. La mayor parte del papel se deriva de la pulpa de coníferas. Las fibras de las plantas con semillas como el algodón, el lino y el cáñamo se tejen en tela. Los tintes textiles, como el índigo, eran principalmente de origen vegetal hasta la llegada de los tintes químicos sintéticos.

Por último, es más difícil cuantificar los beneficios de las plantas de semillas ornamentales. Estos adornan los espacios públicos y privados, agregando belleza y serenidad a la vida humana e inspirando a pintores y poetas por igual.

Las propiedades medicinales de las plantas son conocidas por las sociedades humanas desde la antigüedad. Hay referencias al uso de las propiedades curativas de las plantas en escritos egipcios, babilónicos y chinos de hace 5.000 años. Muchos fármacos terapéuticos sintéticos modernos se derivan o sintetizan de novo a partir de metabolitos secundarios de plantas. Es importante señalar que el mismo extracto de planta puede ser un remedio terapéutico en concentraciones bajas, convertirse en una droga adictiva en dosis más altas y potencialmente puede matar en concentraciones altas. La Tabla 2 presenta algunos medicamentos, sus plantas de origen y sus aplicaciones medicinales.

Cuadro 2. Origen vegetal de compuestos medicinales y aplicaciones médicas
PlantaCompuestoSolicitud
Belladona (Atropa belladona )AtropinaDilatar las pupilas de los ojos para exámenes de la vista.
DedaleraDigitalis purpurea)DigitalEnfermedad cardíaca, estimula los latidos del corazón.
Batata (Dioscorea spp.)EsteroidesHormonas esteroides: píldora anticonceptiva y cortisona
Efedra (Efedra spp.)EfedrinaDescongestionante y dilatador bronquiolo
Tejo del pacíficoTaxus brevifolia)TaxolQuimioterapia contra el cáncer; inhibe la mitosis
Amapola de opioPapaver somniferum)OpioidesAnalgésico (reduce el dolor sin pérdida del conocimiento) y narcótico (reduce el dolor con somnolencia y pérdida del conocimiento) en dosis más altas.
Árbol de quininaCinchona spp.)QuininaAntipirético (reduce la temperatura corporal) y antipalúdico
SauceSalix spp.)Ácido salicílico (aspirina)Analgésico y antipirético

Biodiversidad de plantas

La biodiversidad asegura un recurso para nuevos cultivos alimentarios y medicinas. La vida vegetal equilibra los ecosistemas, protege las cuencas hidrográficas, mitiga la erosión, modera el clima y proporciona refugio a muchas especies animales. Sin embargo, las amenazas a la diversidad de plantas provienen de muchos ángulos. La explosión de la población humana, especialmente en los países tropicales donde las tasas de natalidad son más altas y el desarrollo económico está en pleno apogeo, está provocando la invasión humana de las zonas boscosas. Para alimentar a la población más grande, los humanos necesitan obtener tierras cultivables, por lo que hay una tala masiva de árboles. La necesidad de más energía para impulsar las ciudades más grandes y el crecimiento económico en ellas conduce a la construcción de represas, la consiguiente inundación de ecosistemas y un aumento de las emisiones de contaminantes. Otras amenazas para los bosques tropicales provienen de los cazadores furtivos, que talan árboles para obtener su preciosa madera. El ébano y el palo de rosa brasileño, ambos en la lista de especies en peligro de extinción, son ejemplos de especies arbóreas conducidas casi a la extinción por la tala indiscriminada.

El número de especies de plantas que se extinguen está aumentando a un ritmo alarmante. Debido a que los ecosistemas se encuentran en un delicado equilibrio y las plantas con semillas mantienen estrechas relaciones simbióticas con los animales, ya sean depredadores o polinizadores, la desaparición de una sola planta puede llevar a la extinción de especies animales conectadas. Un problema real y urgente es que muchas especies de plantas aún no han sido catalogadas, por lo que se desconoce su lugar en el ecosistema. Estas especies desconocidas están amenazadas por la tala, la destrucción del hábitat y la pérdida de polinizadores. Pueden extinguirse antes de que tengamos la oportunidad de comenzar a comprender los posibles impactos de su desaparición. Los esfuerzos para preservar la biodiversidad toman varias líneas de acción, desde la preservación de semillas de reliquia hasta las especies de códigos de barras. Las semillas de la herencia provienen de plantas que se cultivaron tradicionalmente en poblaciones humanas, a diferencia de las semillas utilizadas para la producción agrícola a gran escala. El código de barras es una técnica en la que una o más secuencias de genes cortas, tomadas de una parte bien caracterizada del genoma, se utilizan para identificar una especie mediante el análisis de ADN.

Objetivos de aprendizaje

La diversidad de las angiospermas se debe en parte a las múltiples interacciones con los animales. La herbivoría ha favorecido el desarrollo de mecanismos de defensa en las plantas y la evitación de esos mecanismos de defensa en los animales. La polinización (la transferencia de polen a un carpelo) se lleva a cabo principalmente por el viento y los animales, y las angiospermas han desarrollado numerosas adaptaciones para capturar el viento o atraer clases específicas de animales.

Las plantas juegan un papel clave en los ecosistemas. Son una fuente de compuestos alimentarios y medicinales y proporcionan materias primas para muchas industrias. Sin embargo, la rápida deforestación e industrialización amenazan la biodiversidad vegetal. A su vez, esto amenaza el ecosistema.


Abstracto

Los kelps son productores primarios e ingenieros de ecosistemas ecológicamente importantes, y desempeñan un papel central en la estructuración de hábitats templados cercanos a la costa. Desempeñan un papel importante en el ciclo de nutrientes, la captura y transferencia de energía y proporcionan una defensa costera biogénica. Los kelps también proporcionan sustratos extensos para los organismos colonizadores, mejoran las condiciones para los conjuntos del sotobosque y proporcionan una estructura de hábitat tridimensional para una amplia gama de plantas y animales marinos, incluidas varias especies de importancia comercial. Aquí, revisamos y sintetizamos el conocimiento existente sobre el funcionamiento de las especies de algas marinas como proveedores de hábitat biogénico. Examinamos los patrones de biodiversidad asociados con las algas, los estípites y las hojas, así como el hábitat más amplio del sotobosque, y buscamos la generalidad entre las especies de algas y las regiones biogeográficas. Se consideran los factores ambientales que influyen en la provisión de hábitat biogénico y la estructura de los conjuntos asociados, al igual que las amenazas actuales para los ecosistemas dominados por algas. A pesar de la considerable variabilidad entre especies y regiones, los kelps son especies clave que forman hábitats que mantienen niveles elevados de biodiversidad, conjuntos diversos y abundantes y facilitan los vínculos tróficos. Una mayor apreciación y una mejor gestión de los bosques de algas marinas son vitales para garantizar la sostenibilidad de los bienes y servicios ecológicos derivados de los ecosistemas marinos templados.


INTRODUCCIÓN

El ácido abscísico (ABA) es la hormona que generalmente se asocia con las principales respuestas de las plantas al estrés. Estudios pioneros de Hemberg encontraron una sustancia inhibidora del crecimiento soluble en agua y éter que es fundamental para el mantenimiento de la latencia de las yemas en la papa y Fraxinus (Hemberg 1949a, 1949b). Este inhibidor del crecimiento se aisló en yemas de Acer pseudoplatanus por Philip Wareing en 1963, y llamado dormin (Eagles y Wareing 1963). Durante el mismo período, Frederick Addicott descubrió una sustancia que controlaba la abscisión de los frutos del algodón y la denominó abscisina II (Ohkuma et al. 1963). El laboratorio de Addicott descubrió que la abscisina II también promueve la abscisión de las hojas en plántulas de algodón e inhibe el crecimiento inducido por ácido indolacético de Avena coleoptiles. Más tarde, se descubrió que la dormina y la abscisina II eran el mismo compuesto químico y se denominaron ácido abscísico (Cornforth et al. 1965 Addicott et al. 1968). Aunque muchos consideraron que la función de promoción de la abscisión de ABA era un efecto indirecto del nivel elevado de etileno (Cracker y Abeles 1969), estudios recientes han demostrado que ABA promueve la senescencia y la abscisión de las hojas independientemente del etileno (Ogawa et al. 2009). Zhao et al.2016).

Durante los últimos 40 años, los componentes centrales de la biosíntesis y la señalización de ABA se han identificado mediante enfoques genéticos moleculares, bioquímicos y farmacológicos. Pantallas genéticas para vivíparo mutantes en maíz y Arabidopsisy para los mutantes que son insensibles al azúcar, la sal y el ABA durante la germinación conducen a la identificación de numerosos componentes involucrados en la biosíntesis y señalización del ABA. Algunos de los primeros identificados fueron los PP2C del clado A como ABA Insensitive (ABI) 1 y ABI2, y los factores de transcripción clave ABI3, ABI4 y ABI5 (Koornneef et al. 1984 Giraudat et al. 1992 Finkelstein 1994 Leung et al. 1994 , 1997 Meyer et al.1994 McCarty 1995 Rodriguez et al.1998 Finkelstein y Lynch 2000 Laby et al.2000 Gonzalez-Guzman et al.2002). Los estudios bioquímicos de la activación de las proteínas quinasas por ABA dieron como resultado la identificación de AAPK, que es un homólogo de la Arabidopsis proteína quinasas centrales, SnRK2s, en Vicia faba (Li y Assmann 1996). Debido a su alta redundancia funcional, el receptor ABA Pyrabactin resistente 1 (PYR1) y las proteínas similares a PYR1 (PYL) (en lo sucesivo, PYL) no fueron reveladas hasta 2009 por Sean Cutler y colaboradores a través de cribados genéticos químicos para mutantes que son insensibles al análogo de ABA pirabactina (Park et al. 2009). Mientras tanto, los componentes reguladores de los receptores ABA (RCAR) se aislaron a través de pantallas de dos híbridos de levadura en el laboratorio de Erwin Grill (Ma et al. 2009). La función de las proteínas de la familia PYL / RCAR también fue demostrada por in vitro reconstitución de la vía de señalización del núcleo ABA (Fujii et al. 2009), y luego confirmada por evidencia genética y estructural sustancial (Melcher et al. 2009 Miyazono et al. 2009 Nishimura et al. 2009 Yin et al. 2009 Santiago et al. 2009a, 2009b Gonzalez-Guzman et al.2012 Zhang et al.2015 Miao et al.2018 Zhao et al.2018). Aquí, resumiremos las últimas actualizaciones sobre la dinámica del nivel ABA, la señalización ABA y su estricta regulación, así como funciones versátiles en procesos fisiológicos.


Tipos de semillas

Una semilla es principalmente de dos tipos. Los dos tipos son:

Estudiemos ahora brevemente sobre este tipo de semillas.

Estructura de una semilla monocotiledónea

Una semilla monocotiledónea, como su nombre indica, tiene un solo cotiledón. Solo hay una capa exterior de la cubierta de la semilla. Una semilla tiene las siguientes partes:

  • Cubierta de semilla: En la semilla de cereales como el maíz, la cubierta de la semilla es membranosa y generalmente se fusiona con la pared de la fruta, llamada cáscara.
  • Endosperma: El endospermo es voluminoso y almacena alimentos. Generalmente, las semillas monocotiledóneas son endospérmicas, pero algunas, como en las orquídeas, no son endospérmicas.
  • Capa de Aleuron: La cubierta exterior del endospermo separa al embrión por una capa proteica llamada capa de aleurona.
  • Embrión: El embrión es pequeño y está situado en un surco en un extremo del endospermo.
  • Escutelo: Este es un cotiledón grande y con forma de escudo.
  • Eje embrionario: Plúmula y radícula son los dos extremos.
  • Coleoptile y coleorhiza: La plúmula y la radícula están encerradas en vainas. Son coleoptile y coleorhiza.

Estructura de una semilla dicotiledónea

A diferencia de la semilla monocotiledónea, una semilla dicotiledónea, como su nombre indica, tiene dos cotiledones. Tiene las siguientes partes:

  • Cubierta de semilla: Esta es la cubierta más externa de una semilla. La cubierta de la semilla tiene dos capas, la testa exterior y la tegmen interior.
  • Hilum: El hilio es una cicatriz en la cubierta de la semilla a través de la cual la semilla en desarrollo se unió a la fruta.
  • Micropilo: Es un pequeño poro presente por encima del hilio.
  • Embrión: Consta de un eje embrionario y dos cotiledones.
  • Cotiledones: Suelen ser carnosos y están llenos de alimentos de reserva.
  • Radícula y plúmula: Están presentes en los dos extremos del eje embrionario.
  • Endosperma: En algunas semillas como el ricino, el endospermo formado como resultado de la doble fertilización es un tejido que almacena alimentos. En plantas como el frijol, el gramo y el guisante, el endospermo no está presente en la semilla madura. Se les conoce como no endospermosos.


Biología de sistemas de semillas: descifrando el secreto de las fábricas de semillas bioquímicas para la seguridad nutricional

Las semillas sirven como fábricas bioquímicas de nutrición, procesamiento, bioenergía y biomoléculas importantes relacionadas con el almacenamiento y actúan como un sistema de entrega para transmitir la información genética a la próxima generación. La investigación relacionada con la delimitación del complejo sistema de regulación de genes y vías relacionadas con la biología de las semillas y la partición de nutrientes aún está en sus inicios. Para comprenderlos, es importante conocer los genes y las vías involucradas en la homeostasis de las biomoléculas. En el pasado reciente, con el advenimiento y el avance de las herramientas modernas de la genómica y la ingeniería genética, se están utilizando enfoques 'ómicos' de múltiples capas y plataformas de alto rendimiento para discernir los genes y proteínas involucrados en varias vías metabólicas y de señalización y sus regulaciones para comprender la genética molecular de la biosíntesis y la homeostasis de biomoléculas. Esto puede ser posible mediante la exploración de enfoques de biología de sistemas mediante la integración de datos ómicos para comprender la complejidad del desarrollo de semillas y la partición de nutrientes. Esta información se puede explotar para la mejora de productos químicos biológicamente importantes para la producción a gran escala de nutrientes y nutracéuticos a través de la ingeniería de rutas y la biotecnología. Este artículo de revisión describe así diferentes herramientas ómicas y otras ramas que se fusionan para construir el área de investigación más atractiva hacia el establecimiento de las semillas como fábricas bioquímicas para la salud y la nutrición humanas.

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¿Cuáles son los receptores de los brasinoesteroides?

Los estudios de varios laboratorios contribuyeron al hallazgo del primer receptor BR [19]. Clouse y col. identificó el primer mutante insensible a BR (BRI) (llamado bri1) observando la promoción del alargamiento de las raíces bajo concentraciones inhibidoras de BR en comparación con el tipo salvaje en Arabidopsis [20]. los bri1 el mutante mostró enanismo, reducción de la elongación celular, hojas de color verde oscuro y engrosadas, reducción de la dominancia apical, retraso de la floración y senescencia, alteración del patrón vascular y esterilidad masculina. La clonación posicional de BRI1 fue realizada por Jianming Li y J. Chory, quienes identificaron 18 alelos de bri1. A pesar de la similitud estructural entre los BR y las hormonas esteroides animales, BRI1 no se parece estructuralmente a los receptores de esteroides nucleares de los animales, pero codifica una quinasa similar al receptor de repetición rica en leucina (LRR-RLK) con un dominio de repetición extracelular rica en leucina (LRR) y un dominio intracelular de serina / treonina quinasa [21]. BRI1 está altamente conservado en diferentes especies de plantas [19], de acuerdo con el hallazgo de que los BR están ampliamente presentes en las plantas. Hay tres homólogos de BRI1 en Arabidopsis, BRL1, BRL2 y BRL3. Se demostró que BRL1 y BRL3, pero no BRL2, se unen a los BR con alta afinidad y rescatan los fenotipos de la mutación BRI1 cuando se expresan utilizando el promotor de BRI1 [22]. Hasta el momento, los ligandos que BRL2 podría reconocer siguen siendo desconocidos. BRI1 está altamente expresado en varios tejidos de plantas y funciona como el principal receptor de BR, mientras que la expresión de BRL1 y BRL3 se limita a las células vasculares y muestra fenotipos débiles cuando se desactiva [22].


Las estrigolactonas son moléculas de señalización de la rizosfera, así como una nueva clase de hormonas vegetales con un número aún creciente de funciones biológicas que se están descubriendo. Aquí, revisamos un gran avance reciente en nuestra comprensión de la biosíntesis de estrigolactona, que ha revelado la inesperada simplicidad de la vía compleja originalmente postulada. Además, el descubrimiento y la localización de un exportador de estrigolactona arroja nueva luz sobre los supuestos flujos de estrigolactona hacia la rizosfera y dentro de la planta. La combinación de estos datos con información sobre la expresión y regulación de genes de señalización biosintéticos y descendentes de estrigolactona proporciona nuevos conocimientos sobre cómo las estrigolactonas controlan los diferentes aspectos del desarrollo de las plantas y cómo puede haber evolucionado su función de señalización de la rizosfera.

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El comercio mundial acelerará las invasiones de plantas en las economías emergentes bajo el cambio climático

El comercio juega un papel clave en la propagación de especies exóticas y podría decirse que ha contribuido a la enorme aceleración reciente de las invasiones biológicas, homogeneizando así las biotas en todo el mundo. Combinando datos sobre las tendencias de 60 años del comercio bilateral, así como sobre la biodiversidad y el clima, modelamos la propagación mundial de especies de plantas entre 147 países. Los resultados del modelo se compararon con un conjunto de datos globales únicos recopilados recientemente sobre el número de especies de plantas vasculares exóticas naturalizadas que representan la colección más completa de distribuciones de plantas naturalizadas actualmente disponible. El modelo identifica las principales regiones de origen, rutas de introducción y puntos calientes de invasiones de plantas que concuerdan bien con el número de plantas naturalizado observado. En contraste con el conocimiento común, mostramos que el 'dogma imperialista', que afirma que Europa ha sido un exportador neto de plantas naturalizadas desde la época colonial, no se mantiene durante los últimos 60 años, cuando se importaban más plantas naturalizadas que las que se exportaban. Europa. Nuestros resultados destacan que la distribución actual de plantas naturalizadas se predice mejor por las actividades socioeconómicas de hace 20 años. Aprovechamos el lapso de tiempo observado y utilizamos los desarrollos comerciales hasta tiempos recientes para predecir las trayectorias de las plantas naturalizadas durante las próximas dos décadas. Esto muestra que se esperan aumentos particularmente fuertes en el número de plantas naturalizadas en los próximos 20 años para las economías emergentes en regiones megadiversas. La interacción con el cambio climático futuro previsto aumentará las invasiones en los países templados del norte y las reducirá en las regiones tropicales y (sub) tropicales, pero no lo suficiente como para cancelar el aumento relacionado con el comercio.

Texto S1. Descripción detallada de la parametrización del modelo.

Texto S2. Análisis de sensibilidad.

Texto S3. Lista y discusión de los principales supuestos del modelo.

Figura S1. Evolución temporal (1948-2009) de los volúmenes comerciales intercambiados.

Figura S2. Evolución temporal de los tamaños de los dos conjuntos de datos comerciales bilaterales.

Figura S3. Visualización de datos utilizados como variables predictoras en modelo.

Figura S4. Aumentos futuros previstos en la temperatura media anual y la precipitación media anual.

Figura S5. Intercorrelaciones de probabilidades PAG(Extraterrestre), PAG(Introducción) y PAG(Establecer).

Figura S6. Desarrollo temporal de bondad de ajustes para varias modificaciones del modelo.

Figura S7. Influencia de los cambios de los valores de los parámetros en los resultados del modelo.

Figura S8. Influencia del número de estudios de caso seleccionados (3 a 11 estudios) en la precisión del modelo.

Figura S9. Variación de las predicciones del modelo para cada país.

Figura S10. Número previsto e informado de plantas naturalizadas de los 12 estudios de caso utilizados para la parametrización.

Figura S11. Desarrollo temporal del coeficiente de correlación de Pearson entre los dos conjuntos de datos comerciales anuales bilaterales.

Cuadro S1. El número total de plantas naturalizadas transportadas desde una región donante a una región receptora.

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Descripción general del papel de la genómica avanzada en la biología de la conservación de especies en peligro de extinción

En la era reciente, debido al tremendo avance en la industrialización, la contaminación y otras actividades antropogénicas han creado un escenario serio para la supervivencia de la biota. Se ha informado que la biota actual está entrando en una "sexta" extinción masiva, debido a la exposición crónica a actividades antropogénicas. Varios ex situ y en el lugar Se han adoptado medidas para la conservación de plantas y especies animales amenazadas y en peligro de extinción, sin embargo, estas han sido limitadas debido a varias discrepancias asociadas con ellas. El avance actual de las tecnologías moleculares, especialmente la genómica, está desempeñando un papel fundamental en la conservación de la biodiversidad. La genómica avanzada ayuda a identificar los segmentos del genoma responsables de la adaptación. También puede mejorar nuestra comprensión sobre la microevolución a través de una mejor comprensión de la selección, la mutación, el enmarañado asertivo y la recombinación. La genómica avanzada ayuda a identificar genes que son esenciales para la aptitud y, en última instancia, para desarrollar herramientas de monitoreo modernas y rápidas para la biodiversidad en peligro de extinción. Este artículo de revisión se centra en las aplicaciones de la genómica avanzada, principalmente demográficas, variaciones genéticas adaptativas, endogamia, hibridación e introgresión, y susceptibilidad a enfermedades, en la conservación de la biota amenazada. En resumen, proporciona los fundamentos para los lectores novatos y el avance en genómica para los expertos que trabajan por la conservación de especies de plantas y animales en peligro de extinción.

1. Introducción

Las actividades antropogénicas han cambiado el medio ambiente global, reduciendo la biodiversidad a través de la extinción y también reduciendo el tamaño de la población de las especies que ya sobrevivieron. Debido a las actividades e interrupciones provocadas por el hombre, la tasa actual de extinción de especies es 1.000 veces mayor que las tasas de extinción naturales de fondo y es probable que las tasas futuras sean 10.000 veces más altas [1]. Según el informe de la UICN de 2015, actualmente 79,Se evaluaron 837 especies, de los cuales 23.250 están amenazados de extinción. Solo un tercio de los peces de agua dulce del mundo están en riesgo de expansión de represas hidroeléctricas [2]. Según diversas estimaciones, cada año se extinguen entre miles y 100.000 especies, la mayoría sin haber sido descritas científicamente [3]. Debido a estas tremendas actividades antropogénicas, ha surgido la noción de que la biota terrestre está entrando en una "sexta" extinción masiva [4] que se basa en el hecho de que las tasas recientes de extinción de especies son muy altas que las tasas de fondo prehumanas [5, 6]. . Solo en la Isla de Tropical Oceana, Se informó la extinción de 1800 especies de aves en aproximadamente 2000 años, desde la colonización humana [7]. Incluso en los científicamente avanzados Siglos XIX y XX, numerosas especies de aves, mamíferos, reptiles, peces de agua dulce, anfibios, y se ha documentado la extinción de otros organismos. [5, 8, 9]. Si la extinción de especies persiste a una velocidad tan tremenda, la generación futura ocupará un planeta con una biodiversidad significativamente reducida, servicios ecosistémicos disminuidos, potencial evolutivo reducido y, en última instancia, una mayor tasa de extinción y colapso del ecosistema [3, 10].

Es un gran desafío para los biólogos y ecologistas proteger las especies en peligro de extinción. Several measures have been taken and efforts done in this regard which is extensively described in literature such as population viability analysis, formulation of metapopulation theory, species conservation, contribution of molecular biology, development of global position system, geographical information system, and remote sensing [11]. In the recent era, genomics is a key part of all the biological sciences and a quickly changing approach to conservation biology. The genomes of many thousands of organisms including plants, vertebrates, and invertebrates have been sequenced and the results augmented, are annotated, and are refined through the use of new approaches in metabolomics, proteomics, and transcriptomics that enhance the characterization of metabolites, messenger RNA, and protein [12]. The genomic approaches can provide detail information about the present and past demographic parameters, phylogenetic issues, the molecular basis for inbreeding, understanding genetic diseases, and detecting hybridization/introgression in organisms [13]. It can also provide information to understand the mechanisms that relate low fitness to low genetic variation, for integrating genetic and environmental methodologies to conservation biology and for designing latest, fast monitoring tools. The rapid financial and technical progress in genomics currently makes conservation genomics feasible and will improve the feasibility in the very near future even [14]. The objective of this review is to describe recently advanced molecular technologies and their role in species conservation. We have described the effectiveness and possibility of conservation technology using the advance genomic approaches along with their limitations and future development. We hope that this review will provide fundamentals and new insights to both new readers and experienced biologists and ecologists in formulating new tools and establishing technologies to prevent endangered species.

2. Biodiversity and Conservation

Biodiversity refers to the variety of all forms of life on this planet, including various microorganisms, plants, animals, the ecosystem they form, and the genes they contain. Biodiversity within an area, biome, or planet is therefore considered at three levels including species diversity, genetic diversity, and ecosystem diversity [15]. As the names indicate, species diversity refers to the variety of species genetic diversity is the variation of genes within species and populations and ecosystem diversity relates to the variety of habitats, ecological processes, and biotic communities in the biosphere [15]. Today’s biodiversity about 9.0 to 52 million species is the result of billions of years of evolution, shaped by natural phenomena, and forms the web of life of which we are an integral part and upon which we are so fully [15, 16]. For species adaptation and survival, genetic diversity is the basic element and all the evolutionary achievement and to some degree survival depend on it. Though both adaptation and survival can be viewed in terms of space, time, and fitness but fitness further includes adaptation, genetic variability, and stability. The phenomenon of extinction can be the result of either abiotic or biotic stresses, caused by various factors such as disease, parasitism, predation, and competition or due to habitat alteration or isolation due to human activities, natural catastrophes, and slow climatic and geological changes. Considering these persistent threats, it is very crucial that genetic diversity in species should be appropriately understood and efficiently conserved and used [17].

At present, several species are in retreat, losing localities, and increasingly threatened with extinction by various factors mainly human intervention, and thus conservation biology has become a major file in recent times. A “threatened” designation generally recognizes a significant risk of becoming endangered throughout all or a portion of a species’ range. Although extinction is a natural process, the human understanding of the value of the endangered species and its realization to intervene the stability of the environment is rapidly increasing. Human interferes in the natural environment of species in different ways, such as destruction of natural habitat, the introduction of nonnative organisms, and direct killing of natural components of a population [18]. Maintaining natural variation of species is beneficial from an economical, ecological, and social perspective. Several combinations of benefit occur for any particular species, and some species are obviously more valuable than the others.

Currently, the maintenance of rare and endangered species is a main focus of interest of biologists and geneticists. The impact of extinction is not always apparent and difficult to predict, and thus several parameters have been set and different technologies are being developed. For example, population viability analysis (PVA) quantitatively predicts the probability of extinction and prioritizes the conservation needs. It takes into account the combined impact of both stochastic (including the demography, environment, and genetics) and terministic (including habitat loss and overexploitation) factors [11]. Mandujano and Escobedo-Morales using PVA method for howler monkeys (Alouatta palliata mexicana) to simulate a group trend and local extinction and to investigate the role of demographic parameters to population growth under two landscape scenarios isolated populations and metapopulation [19]. They found that the rate of relative reproductive success and fecundity is directly linked with the number of adult females per fragment. As a result, the finite growth rate depended mainly on the survival of adult females while in both isolated populations and metapopulation the probability of extinction was exponentially dependent on fragment size. Further, it establishes a minimum viable population, predicts population dynamics, establishes conservation management programs, and evaluates its strategies. However, it is limited by several factors for example, it is often very difficult to measure small-population parameters which need to be used in PVA models. This necessitates the development of more comprehensive and well-established approaches that can not only predict the extinction but also predict rather at a very early stage.

3. Role of Genomics Analysis Tools in Species Conservation

The term genome is about 75 years old and refers to the total set of genes on chromosomes or refers to the organism complete genetic material [20]. Together with the effect of an environment, it forms the phenotype of an individual. Thomas Roderick in 1986 coined the term genomics as a scientific discipline which refers to the mapping, sequencing, and analysis of the genome [21]. Now due to universal acceptance of genomics, it expands and is generally divided into functional and structural genomics. Structural genomics refers to the evolution, structure, and organization of the genome while functional genomics deals with the expression and function of the genome. Functional genomics needs assistance from structural genomics, mathematics, computer sciences, computational biology, and all areas of biology [22].

Genome analysis was once limited to model organisms [23] but now the genomes of thousands of organisms including plants, invertebrates, and vertebrates have been sequenced and the results annotated are further refined and augmented by using new approaches in metabolomics, proteomics, and transcriptomics [12]. Nowadays, it is quite easier to investigate the population structure, genetic variations, and recent demographic events in threatened species, using population genomic approaches. With recent developments, hints for becoming endangered species can be found in their genome sequences. For example, any deleterious mutations in the genes for brain function, metabolism, immunity, and so forth can be easily detected by advanced genomic approaches. Conversely, these can also detect any changes in their genome which may result in enhanced functions of some genes, for example, related to enhanced brain function and metabolism that may lead to the abnormal accumulation of toxins [24–26]. Specific genetic tools and analytical techniques are used to assess the genome of various species to detect genetic variations associated with specific conservation and population structure. Currently, most commonly used genetic tools for detection of genetic variations in both plant and animal species include random fragment length polymorphism (RFLP), amplified fragment length polymorphism (AFLP), random amplification of polymorphic DNA (RAPD), single strand conformation polymorphism (SSCP), minisatellites, microsatellites, single nucleotide polymorphisms (SNPs), DNA and RNA sequence analysis, and DNA finger printing. Analysis of genetic variation in species or population using these tools is carried out either using current DNA of individuals or historic DNA [27]. These tools target different variables within the genome of target species and selection of the specific tools and gnome part to be analyzed is carried out based on the available information. For example, mitochondrial DNA in animals possessing a high substitution rate is a useful marker for the determination of genetic variations in individuals of the same species. However, these techniques have several limitations associated with them. For instance, genetic high substitution rate in animal mitochondrial DNA is only inherited in female lines. Similarly, the mitochondrial DNA in plants has a very high rate of structural mutations and thus can rarely be used as genetic marker for detection of genetic variation. Various genomic tools used for the detection of genetic variations in species and limitations associated with them are summarized in Figure 1. Genome-wide association studies (GWAS), development of genome-wide genetic markers for DNA profiling and marker assisted breeding, and quantitative trait loci (QTL) analysis in endangered and threatened species can give us information about the role of natural selection at the genome level and identification of loci linked with the disease susceptibility, inbreeding depression, and local adaptations. For example, most of the QTLs have been detected using linkage mapping and cover large segments of the genome in different species. Currently, due to the availability of high-density SNP chips and genome-wide analysis techniques, GWAS has proven to be effective in identification of important genomic regions more precisely within the genome of species, for example, those associated with genetic variations and important qualitative and quantitative traits [28]. Further, use of population genetics and phylogenomics can help us in identifying conservation units for recovery, management, and protections [23]. As the genome of more species is sequenced, the rescue of more endangered species will become easier. The applications of advance genomics in the conservation of threatened biota are illustrated in Figure 2.


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