Entre las plantas con flores, la familia de las rosas (llamada Rosaceae) muestra una increíble diversidad, incluyendo rojos clásicos como la belleza americana. Pero además de las plantas ornamentales que constituyen el regalo romántico perfecto, la familia de las rosáceas también incluye productos básicos vitales para las dietas y las economías de los cultivos comerciales de todo el mundo. Presentan una extraordinaria variedad de tamaños y formas de árboles, arbustos y frutos suculentos, desde fresas y frambuesas, pasando por manzanas, ciruelas, cerezas y almendras de Jonathan, hasta los apetecibles melocotones de Georgia.
Para los biólogos evolutivos, las rosáceas ofrecen una excelente oportunidad para comprender cómo evolucionaron los frutos desde los tipos ancestrales hasta las actuales variedades secas o carnosas que, con la ayuda de los animales, se han extendido hasta alcanzar una distribución mundial de unas 3.000 especies conocidas.
En una nueva colaboración internacional entre instituciones chinas y estadounidenses instituciones, entre ellas la Universidad de Fudan, el Huanggang Normal College, la Universidad Estatal de Pensilvania y la Institución Smithsoniana, dirigida por los profesores Hong Ma y Jun Xiang, los autores realizaron un estudio evolutivo de los frutos de las rosáceas a partir de los análisis de 125 plantas con flores con grandes conjuntos de datos de secuencias genéticas, incluidos los de 117 especies de rosáceas.
Sus resultados, publicados en la edición anticipada en línea de la revista Molecular Biology and Evolution, han mostrado un nuevo panorama evolutivo del tamaño y la forma de las plantas de Rosaceae, de las flores y, lo que es más importante, de los frutos.
En primer lugar, se reconstruyó un nuevo árbol de la vida para Rosaceae utilizando las secuencias genéticas nucleares recién obtenidas para investigar la evolución de los tipos de frutos y otros caracteres en el contexto de los tiempos geológicos. También encontraron fuertes evidencias de duplicación de todo el genoma que probablemente generó nuevos genes que contribuyeron a la diversidad de las Rosaceae.
El nuevo árbol evolutivo traza los inicios de la familia Rosaceae hasta hace unos 120 millones de años (Mya), cuando el ancestro de las Rosaceae se separó de otras familias. Casi 20 millones de años después, la subfamilia de arbustos Dryadoideae se separó de las otras dos subfamilias, seguida inmediatamente por una divergencia de las dos subfamilias más grandes en torno a 100 Mya, alrededor del límite entre el Cretácico temprano y el tardío. A partir de ahí, otras expansiones a lo largo de los eones han culminado en las 3.000 especies actuales.
Además, su análisis de los muchos miles de secuencias genéticas arrojó fuertes evidencias de varias duplicaciones del genoma completo que probablemente facilitaron la especialización del tamaño de los árboles y de los frutos, no sólo apoyando la hipótesis de que la tribu de las manzanas (un gran grupo con muchos géneros) tuvo dos duplicaciones del genoma completo estrechamente espaciadas, sino también revelando otra en la tribu Amygdaleae de las frutas con hueso, incluyendo ciruelas, cerezas, almendras, albaricoques y melocotones.
«Es probable que las duplicaciones del genoma completo detectadas aquí y los factores ambientales, como la alimentación de los animales, hayan contribuido a la evolución de los numerosos tipos de frutas en Rosaceae. Los resultados del artículo proporcionan una base para entender la evolución de los frutos en las plantas con flores», dijo Hong Ma, uno de los supervisores del estudio.
A continuación, a partir de su recién desarrollado árbol evolutivo, trazaron la historia evolutiva de las formas de los frutos. Los autores sugieren que los frutos ancestrales de la subfamilia con las manzanas y los melocotones eran probablemente un conjunto de cinco folículos agregados.
«Los frutos agrandados y carnosos probablemente evolucionaron por dos vías distintas. En una, la pared interior del fruto (o endocarpio) se endureció, formando el nuculano; además, la pared media del fruto (o pericarpio), que antes estaba seca, se volvió carnosa y el número de carpelos disminuyó a uno o dos, dando lugar finalmente a la drupa (frutos sin hueso, como el melocotón, la ciruela, la cereza y el albaricoque)», dijo Jun Xiang, que codirigió el proyecto. «Alternativamente, después de que los cinco carpelos se connan, el receptáculo se convierte en urna y envuelve aún más a los pistilos, dando lugar a ovarios semi-inferiores (como el espino) y totalmente inferiores (como la manzana)».
Pero la familia de las rosáceas –por cualquier otro nombre– también significa centrarse en las flores. En cuanto a las flores, la mayoría de las especies de Rosaceae comparten algunos caracteres ancestrales comunes, como el hecho de llevar un hipanto, que es una connación del receptáculo y la parte basal del perianto (sépalos y pétalos) y los estambres, y tener sépalos y pétalos pentámeros (las especies que se extienden por el viento tienden a no tener pétalos). Sin embargo, el número y la forma del pistilo varían entre los distintos grupos de la familia. «Un pistilo apocárpico con ovario superior y numerosos carpelos se sostiene como el carácter ancestral de las Rosaceae», dijo Ma.
Los autores también concluyen que las plantas de las especies de Rosaceae muy probablemente evolucionaron a partir de arbustos. «La mayoría de las especies de la subfamilia Rosoideae (incluyendo la fresa y la frambuesa) tienden a disminuir su tamaño hasta convertirse en hierbas perennes o anuales con pequeñas hojas compuestas y una masa de pequeñas semillas secas», dijo Hong Ma. «Por el contrario, los árboles se originaron de forma independiente en la tribu de la manzana y la pera y en la tribu de los frutos deshuesados de la subfamilia del melocotón (Amygdaloideae), con más exposición a la luz y más hojas para cosechar la energía luminosa». «Estas ventajas podrían haber permitido a los miembros de estas tribus producir más frutos por planta y más carnosos y nutritivos para atraer a los animales», dijo Jun Xiang.