7.4: Poliploidía
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Poliploidía en plantas
La poliploidía es muy común en las plantas, especialmente en las angiospermas. De 30% a 70% de las angiospermas actuales se piensa que son poliploides. Se conocen especies de plantas de café con 22, 44, 66 y 88 cromosomas. Esto sugiere que la condición ancestral fue una planta con un número haploide (n) de 11 y un número diploide (2n) de 22, de la cual evolucionaron los diferentes descendientes poliploides. De hecho, el contenido cromosómico de la mayoría de los grupos de plantas sugiere que el genoma básico de la angiosperma consiste en los genes de 7—11 cromosomas. El trigo doméstico, con sus 42 cromosomas, es probablemente hexaploide (6n), donde n (el número haploide ancestral) fue 7.
Algunos otros ejemplos:
| Planta | Número probable de haploides ancestrales | Número cromosómico |
Nivel de ploidía |
|---|---|---|---|
| avena doméstica | 7 | 42 | 6n |
| maní | 10 | 40 | 4n |
| caña de azúcar | 10 | 80 | 8n |
| plátano | 11 | 22, 33 | 2n, 3n |
| papa blanca | 12 | 48 | 4n |
| tabaco | 12 | 48 | 4n |
| algodón | 13 | 52 | 4n |
| manzana | 17 | 34, 51 | 2n, 3n |
Las plantas poliploides no solo tienen células más grandes sino que las plantas mismas suelen ser más grandes. Esto ha llevado a la creación deliberada de variedades poliploides de plantas tales como sandías, caléndulas y dragones.
Origen de la Poliploidía
La poliploidía ha ocurrido frecuentemente en la evolución de las plantas. El proceso puede comenzar si se forman gametos diploides (2n). Estos pueden surgir de al menos dos formas.
- Los gametos pueden estar formados por mitosis en lugar de meiosis.
- Las plantas, a diferencia de los animales, forman células germinales (espermatozoides y óvulos) a partir de tejidos somáticos. Si el contenido cromosómico de una célula somática precursora se ha duplicado accidentalmente (por ejemplo, como resultado de pasar por la fase S del ciclo celular sin hacer seguimiento con mitosis y citocinesis), entonces se forman gametos que contienen 2n cromosomas.
La poliploidía también se presenta de forma natural en ciertos tejidos vegetales.
- A medida que el endospermo (3n) se desarrolla en granos de maíz (maíz) (Zea mays), sus células experimentan rondas sucesivas (hasta 5) de endoreplicación produciendo núcleos que varían hasta 96n.
- Cuando los rizobios infectan las raíces de su huésped leguminoso, inducen a las células infectadas a someterse a endoreplicación produciendo células que pueden llegar a ser 128n (a partir de 6 rondas de endoreplicación).
La poliploidía también se puede inducir en el laboratorio de fitomejoramiento mediante el tratamiento de células en división con colchicina. Este medicamento interrumpe los microtúbulos y así evita la formación de un huso. En consecuencia, los cromosomas duplicados no logran separarse en la mitosis. Las células de cebolla expuestas a la colchicina durante varios días pueden tener más de 1000 cromosomas en su interior.
Poliploidía y Especiación
Cuando una planta tetraploide (4n) recién nacida intenta reproducirse con sus especies ancestrales (retrocruzamiento), se forman crías triploides. Estos son estériles porque no pueden formar gametos con un surtido equilibrado de cromosomas. Sin embargo, las plantas tetraploides pueden reproducirse entre sí. Entonces, en una generación, se ha formado una nueva especie. La poliploidía incluso permite la formación de nuevas especies derivadas de diferentes ancestros.
En 1928, el genetista vegetal ruso Karpechenko produjo una nueva especie cruzando una col con un rábano. Aunque pertenecen a diferentes géneros (Brassica y Raphanus respectivamente), ambos padres tienen un número diploide de 18. La fusión de sus respectivos gametos (n =9) produjo principalmente híbridos infértiles. Sin embargo, se formaron algunas plantas fértiles, probablemente por la duplicación espontánea del número de cromosomas en células somáticas que pasaron a formar gametos (por meiosis). Así, estos contenían 18 cromosomas, un conjunto completo de cromosomas tanto de col (n = 9) como de rábano (n = 9). La fusión de estos gametos produjo plantas vigorosas, completamente fértiles y poliploides con 36 cromosomas. (Tenían las raíces de la col y las hojas del rábano.)
Estas plantas podían reproducirse entre sí, pero no con los antepasados de la col ni del rábano, por lo que Karpechenko había producido una nueva especie. El proceso también ocurre en la naturaleza. Tres especies de la familia de la mostaza (Brassicaceae) parecen haber surgido por hibridación y poliploidía de otras tres especies ancestrales:
- B. oleracea (col, brócoli, etc.) hibridada con B. nigra (mostaza negra) → B. carinata (mostaza abisinia).
- B. oleracea x B. rapa (nabos) → B. napus (colinabaga)
- B. nigra x B. rapa → B. juncea (mostaza de hoja)
El trigo moderno y quizás algunas de las otras plantas enumeradas en la tabla anterior probablemente hayan evolucionado de manera similar.
Poliploidía en Animales
La poliploidía es mucho más rara en los animales. Se encuentra en algunos insectos, peces, anfibios y reptiles. Hasta hace poco, no se conocía a ningún mamífero poliploide. Sin embargo, el número 23 de septiembre de 1999 de Nature informó que en Argentina se ha encontrado una rata poliploide (tetraploide; 4n = 102). Las células poliploides son más grandes que las diploides; no es sorprendente en vista del aumento de la cantidad de ADN en su núcleo. Las células hepáticas de la rata argentina son más grandes que las de sus parientes diploides, y sus espermatozoides son enormes en comparación. Las cabezas normales de esperma de mamíferos contienen unos 3.3 picogramos (10-12 g) de ADN; el esperma de la rata contiene 9.2 pg. Aunque solo se sabe que un mamífero tiene todas sus células poliploides, muchos mamíferos tienen células poliploides en algunos de sus órganos, por ejemplo, el hígado.