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Aug 07, 2023

Los líquenes de color naranja brillante pueden usar sus pigmentos como 'protector solar'

Los hongos en los líquenes anaranjados pueden evitar los efectos tóxicos de los pigmentos brillantes, lo que permite

Los hongos en los líquenes anaranjados pueden evitar los efectos tóxicos de los pigmentos brillantes, lo que les permite manejar altas cargas de rayos UV.

Los líquenes son organismos curiosos parecidos a las plantas que consisten en una especie de hongo y al menos un alga o cianobacteria que viven en una relación simbiótica. Una familia de líquenes, conocida como Teloschistaceae, a menudo son de color naranja brillante, un rasgo raro en comparación con especies estrechamente relacionadas. Los pigmentos responsables del tono intenso a menudo tienen efectos tóxicos en el propio organismo, lo que hace que los científicos se pregunten cómo se protegió mientras sintetizaba su coloración naranja.

La investigación ha demostrado que los hongos en los líquenes anaranjados pueden evitar los efectos tóxicos de los pigmentos brillantes al transportarlos fuera de sus células, creando un "efecto de protección solar". Un nuevo estudio de metagenómica publicado por investigadores del Imperial College London y Royal Botanic Gardens, Kew ahora revela cómo los líquenes pueden usar su tono naranja para reflejar la luz solar, mientras evitan sus efectos tóxicos.

El estudio, publicado en Genome Biology and Evolution, revela que los hongos de esta clase de líquenes tienen un gen responsable de transportar los pigmentos anaranjados fuera de la célula poco después de que se crean.

El autor principal, Theo Llewellyn, candidato a doctorado del Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dice que el descubrimiento inesperado provino de un estudio genético que aisló secuencias de las algas y hongos que forman los líquenes. Los hongos en los líquenes anaranjados habían evolucionado para manejar pigmentos tóxicos, dice: "Lo que realmente nos entusiasmó y sorprendió fue que vimos que justo al lado del gen responsable de producir estos pigmentos, hay un segundo gen, que está especializado poder transportar ese pigmento y sacarlo de la célula".

Estos genes transportadores permitieron que los hongos se deshicieran del pigmento antes de que pudiera acumularse y volverse tóxico, explican los investigadores. El gen transportador no se encontró en linajes/grupos de líquenes que no fueran naranjas.

El estudio fue concebido, dirigido y parcialmente financiado por un proyecto RBG Kew. La Dra. Ester Gaya, líder sénior de investigación en micología en RBG Kew y experta en Teloschistaceae, dice que está satisfecha con los hallazgos del grupo. Ella dice: "Habíamos trabajado durante años en este grupo de líquenes, y después de revelar que una radiación adaptativa en hábitats áridos había sido mediada por estos pigmentos anaranjados, siempre me pregunté por qué. ¿Por qué evolucionaron para producir pigmentos tan tóxicos que podrían matar ¿ellos mismos?"

Los pigmentos que son responsables de colorear los líquenes de un amarillo dorado a un rojo carmesí se conocen como "antraquinonas", que también tienen propiedades protectoras contra los rayos UV.

El Dr. Tom Prescott, investigador de productos naturales de RBG Kew, quien también es coautor del estudio, estuvo de acuerdo y agregó que "las antraquinonas han sido reconocidas durante mucho tiempo como bastante tóxicas, incluso para los hongos, por lo que siempre ha sido un misterio cómo se fabrican estas compuestos sin envenenarse a sí mismos". Este estudio ayuda a explicar esto.

"Estos pigmentos que producen son insolubles en agua", dice Llewellyn, "una vez que el liquen los produce, comienzan a cristalizarse y forman una capa encima del liquen".

Esto permite que el liquen refleje los rayos UV y la luz azul visible. Los científicos dicen que, aunque todavía no está claro qué organismos del liquen se benefician más de este efecto de protección solar, especulan que tanto los hongos como las algas están protegidos. Las algas usan la luz solar para realizar la fotosíntesis y producir azúcares para el sistema de líquenes, pero demasiada luz puede ser dañina ya que puede dañar el ADN.

La gruesa capa de cristales puede reflejar la radiación dañina y al mismo tiempo permitir el paso de parte de la radiación solar para la fotosíntesis.

El coautor, el profesor Timothy Barraclough, profesor del Departamento de Biología de la Universidad de Oxford y profesor invitado en el Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dice que comprender estos mecanismos puede ayudar a arrojar luz sobre cómo estos líquenes anaranjados pueden funcionar en diferentes hábitats.

"Este grupo en particular ha sido especialmente exitoso y se ha extendido a hábitats desafiantes con altas cargas de rayos UV", dice el profesor Barraclough, señalando cómo la familia contiene más de 1000 especies y se puede encontrar en países como Sudáfrica, Namibia y Australia.

El profesor Barraclough señala la estructura única de los líquenes que los hace difíciles de estudiar: "Son formas de vida extendidas pero un poco inusuales que se componen de una colaboración entre hongos y algas, y posiblemente muchos más socios. En presencia de todos de estos socios, hace que sea muy complicado extraer información sobre los genes".

El estudio metagenómico que produjo el grupo secuenció pequeños fragmentos de ADN del liquen y lo asignó a bases de datos de organismos conocidos. Al analizar qué secuencias de ADN se parecían más a las encontradas en hongos y algas, los investigadores pudieron identificar qué secuencias pertenecían a cada pareja.

Llewellyn dice que la próxima etapa de investigación intentará investigar las otras cualidades de las antraquinonas, como sus posibles propiedades antimicrobianas que permiten que los líquenes superen a otros hongos y microbios.

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Llewellyn, T., Nowell, RW, Aptroot, A., Temina, M., Prescott, TAK, Barraclough, TG, Gaya, E., 2023. La metagenómica arroja luz sobre la evolución del metabolismo del pigmento "protector solar" en los Teloschistales ( ascomicotas formadoras de líquenes). Biología y evolución del genoma, 15(2), DOI: 10.1093/gbe/evad002