Algunos aspectos de la evolución de la familia génica de glutamina sintetasa en plantas

Abstract

En las plantas, la actividad glutamina sintetasa reside en miembros de la superfamilia GSII, que forman dos grupos de enzimas GS funcionales: la GSIIb eubacteriana (GLN2) y la GSIIe eucariota (GLN1/GS). Los análisis filogenéticos han demostrado que el grupo GLN2 se originó mediante un proceso de transferencia horizontal desde bacterias tras la divergencia de procariotas y eucariotas2. En las plantas vasculares solo se encuentran genes GLN1/GS, lo que sugiere que la evolución a esta composición de isoformas de GS está asociada a la adaptación final de las plantas a la vida terrestre. El estudio filogenético que presentamos reclasifica las diferentes GS de las plantas con semilla en tres grupos: GS1a, GS1b y GS23. GS1b y GS2 corresponden a las formas citosólica y cloroplastídica ampliamente estudiadas en angiospermas. Mientras que GS1a corresponde a una isoforma de localización citosólica identificada anteriormente exclusivamente en coníferas y que se ha propuesto que reemplaza funcionalmente a la forma cloroplastídica ausente en este grupo. Nuestro trabajo ha permitido también ampliar la presencia de genes que codifican la isoforma cloroplastídica GS2 a las gimnospermas Cycadopsida, lo que sugiere el origen de este gen en un ancestro común de Cycadopsida, Ginkgoopsida y angiospermas. Además, genes que codifican GS1a se han identificado en todas las gimnospermas, las angiospermas basales y algunas especies de Magnoliidae. Los estudios previos en coníferas y los perfiles de expresión génica en ginkgo y magnolia que hemos realizado en este trabajo podrían explicar la ausencia de GS1a en especies de angiospermas más recientes (por ejemplo, monocotiledóneas y eudicotiledóneas), debido a las funciones redundantes de GS1a y GS2 en las células fotosintéticas. En conjunto, los resultados proporcionan una mejor comprensión de la evolución de la familia génica de la GS en plantas.