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Physcomitrella patens

Physcomitrella patens es un sinónimo de Physcomitrium patens , [2] [3] el musgo de tierra que se extiende . [4] Es un musgo , un briofito utilizado como organismo modelo para estudios sobre la evolución, el desarrollo y la fisiología de las plantas. [3]

Distribución y ecología

Physcomitrella patens es una de las primeras colonizadoras del barro y la tierra expuestos alrededor de los bordes de los charcos de agua. [5] [6] P. patens tiene una distribución disjunta en las partes templadas del mundo, con la excepción de América del Sur. [7] La ​​cepa de laboratorio estándar es el aislado "Gransden", recolectado por H. Whitehouse de Gransden Wood , en Cambridgeshire en 1962. [5]

Organismo modelo

Los musgos comparten procesos genéticos y fisiológicos fundamentales con las plantas vasculares , aunque los dos linajes divergieron temprano en la evolución de las plantas terrestres. [8] Un estudio comparativo entre los representantes modernos de las dos líneas puede brindar información sobre la evolución de los mecanismos que contribuyen a la complejidad de las plantas modernas. [8] En este contexto, P. patens se utiliza como organismo modelo . [8] [3]

P. patens es uno de los pocos organismos multicelulares conocidos con una recombinación homóloga altamente eficiente . [9] [10] lo que significa que una secuencia de ADN exógena puede ser dirigida a una posición genómica específica (una técnica llamada selección de genes ) para crear musgos knockout . Este enfoque se llama genética inversa y es una herramienta poderosa y sensible para estudiar la función de los genes y, cuando se combina con estudios en plantas superiores como Arabidopsis thaliana , se puede utilizar para estudiar la evolución molecular de las plantas . [ cita requerida ]

La eliminación o alteración dirigida de los genes del musgo se basa en la integración de una cadena corta de ADN en una posición definida en el genoma de la célula huésped. Ambos extremos de esta cadena de ADN están diseñados para ser idénticos a este locus genético específico . Luego, la construcción de ADN se incuba con protoplastos de musgo en presencia de polietilenglicol . Como los musgos son organismos haploides , los filamentos de musgo en regeneración ( protonemas ) se pueden analizar directamente para la orientación genética en 6 semanas utilizando métodos de PCR . [11] El primer estudio que utilizó musgo knockout apareció en 1998 e identificó funcionalmente a ftsZ como un gen fundamental para la división de un orgánulo en un eucariota . [12]

Además, P. patens se utiliza cada vez más en biotecnología . Algunos ejemplos son la identificación de genes de musgos con implicaciones para la mejora de los cultivos o la salud humana [13] y la producción segura de biofármacos complejos en biorreactores de musgos . [14] Mediante la eliminación de múltiples genes , se diseñaron plantas de Physcomitrella que carecen de glicosilación proteica postraduccional específica de la planta . Estos musgos eliminados se utilizan para producir biofármacos complejos en un proceso llamado agricultura molecular . [15]

El genoma de P. patens , con alrededor de 500 pares de megabases organizados en 27 cromosomas, fue completamente secuenciado en 2008. [8] [16]

Los ecotipos , mutantes y transgénicos de Physcomitrella se almacenan y se ponen a disposición de la comunidad científica de forma gratuita a través del Centro Internacional de Stock de Musgos (IMSC). Los números de acceso otorgados por el IMSC se pueden utilizar para publicaciones con el fin de garantizar el depósito seguro de los materiales de musgo recién descritos. [ cita requerida ]

Ciclo vital

Como todos los musgos, el ciclo de vida de P. patens se caracteriza por una alternancia de dos generaciones: un gametofito haploide que produce gametos y un esporofito diploide donde se producen esporas haploides . [17]

Una espora se desarrolla en una estructura filamentosa llamada protonema , compuesta de dos tipos de células: cloronema con cloroplastos grandes y numerosos y caulonema con un crecimiento muy rápido. Los filamentos de protonema crecen exclusivamente por crecimiento de la punta de sus células apicales y pueden originar ramas laterales a partir de células subapicales. Algunas células iniciales de la rama lateral pueden diferenciarse en brotes en lugar de ramas laterales. Estos brotes dan lugar a gametóforos (0,5–5,0 mm [18] ), estructuras más complejas que tienen estructuras similares a hojas, rizoides y los órganos sexuales: arquegonios femeninos y anteridios masculinos . P. patens es monóica , lo que significa que los órganos masculinos y femeninos se producen en la misma planta. Si hay agua disponible, los espermatozoides flagelados pueden nadar desde los anteridios hasta un arquegonio y fertilizar el óvulo en su interior. El cigoto diploide resultante se desarrolla en un esporofito compuesto por un pie, una seta y una cápsula, donde se producen miles de esporas haploides por meiosis . [19]

Reparación del ADN y recombinación homóloga

P. patens es un modelo excelente para analizar la reparación de daños en el ADN en plantas mediante la vía de recombinación homóloga. La falla en la reparación de roturas de doble cadena y otros daños en el ADN en células somáticas mediante recombinación homóloga puede conducir a disfunción o muerte celular, y cuando la falla ocurre durante la meiosis , puede causar pérdida de gametos. La secuencia del genoma de P. patens ha revelado la presencia de numerosos genes que codifican proteínas necesarias para la reparación de daños en el ADN mediante recombinación homóloga y otras vías. [8] PpRAD51, una proteína en el núcleo de la reacción de reparación de recombinación homóloga, es necesaria para preservar la integridad del genoma en P. patens . [20] La pérdida de PpRAD51 causa una marcada hipersensibilidad al agente inductor de roturas de doble cadena bleomicina , lo que indica que la recombinación homóloga se utiliza para la reparación de daños en el ADN de células somáticas. [20] PpRAD51 también es esencial para la resistencia a la radiación ionizante. [21]

La proteína de reparación de desajustes de ADN PpMSH2 es un componente central de la vía de reparación de desajustes de P. patens que se dirige a los desajustes de pares de bases que surgen durante la recombinación homóloga. El gen PpMsh2 es necesario en P. patens para preservar la integridad del genoma. [22] Los genes Ppmre11 y Pprad50 de P. patens codifican componentes del complejo MRN, el sensor principal de roturas de doble cadena de ADN. [23] Estos genes son necesarios para la reparación recombinacional homóloga precisa de los daños del ADN en P. patens . Las plantas mutantes defectuosas en Ppmre11 o Pprad50 exhiben un crecimiento y desarrollo severamente restringidos (posiblemente reflejando senescencia acelerada), y una mayor sensibilidad al daño del ADN inducido por UV-B y bleomicina en comparación con las plantas de tipo salvaje. [23]

Taxonomía

P. patens fue descrito por primera vez por Johann Hedwig en su obra de 1801 Species Muscorum Frondosorum , bajo el nombre Phascum patens . [1] Physcomitrella a veces se trata como sinónimo del género Aphanorrhegma , en cuyo caso P. patens se conoce como Aphanorrhegma patens . [26] El nombre genérico Physcomitrella implica un parecido con Physcomitrium , que recibe su nombre por su gran caliptra, a diferencia de la de Physcomitrella . [18] En 2019 se propuso que el nombre correcto para este musgo es Physcomitrium patens . [2] [3]

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos

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