Uno de los retos actuales de la biología vegetal, motivado por el reciente cambio climático global, es conocer los mecanismos genéticos, moleculares y evolutivos de la adaptación de las plantas a distintos climas. Para abordar este objetivo, nuestro laboratorio lleva más de una década explotando la variación genética que existe en la naturaleza en la especie silvestre Arabidopsis thaliana, utilizada como modelo para estudios de biología molecular por una amplia comunidad internacional. Recientemente hemos extendido nuestros trabajos a otra especie silvestre de la misma familia botánica, Cardamine hirsuta, que ha sido elegida como especie modelo para estudios de genómica comparativa en las plantas anuales silvestres. Como resultado de estudios previos, nuestro grupo ha construido una colección de variedades naturales de ambas especies procedentes de más de 200 poblaciones de la península ibérica que cubren la mayoría de su diversidad climática (Figura 1).

En este proyecto realizaremos un estudio genómico comparativo de la variación natural de Arabidopsis y Cardamine, con el objetivo de identificar mecanismos genéticos, moleculares y evolutivos de la adaptación de las plantas anuales a los distintos climas de la península ibérica. Analizaremos dos importantes variables del desarrollo de las plantas: el tiempo de floración y la formación de pelos o tricomas. El tiempo de floración es un carácter crucial en las plantas anuales puesto que determina su éxito reproductivo. Por su parte, el desarrollo de pelos en distintos órganos proporciona una protección contra la deshidratación y el ataque de insectos. Ambos caracteres están presumiblemente implicados en la adaptación a estreses abióticos (ej. clima) y bióticos (ej. herbivoría), pero se desconocen los mecanismos mediante los cuales las plantas modifican estos caracteres en función del clima.

En particular, en este proyecto pretendemos realizar un amplio estudio de asociación genómica en el que se compararán las tres fuentes de variación que son necesarias para la evolución adaptativa: la variación fenotípica (desarrollo de las plantas), ambiental (clima) y genética (mutaciones en el ADN) en Arabidopsis y Cardamine (Figura 2).

Estos análisis revelarán las regiones genómicas asociadas con cada uno de estos caracteres, así como los factores climáticos que dirigen la evolución de la floración y la formación de tricomas. Por otro lado, se pretende realizar otro estudio genómico para determinar el efecto del cambio climático en los últimos 10 años sobre las poblaciones naturales de ambas especies silvestres. Para ello se analizarán los genomas, los comportamientos de floración y la formación de tricomas, en plantas de Arabidopsis y Cardamine recogidas a lo largo de 10 años en una misma población natural de clima mediterráneo. De esta forma esperamos identificar genes y mecanismos moleculares potencialmente implicados en la adaptación al reciente cambio climático de la última década.

Este proyecto proporcionará un conocimiento básico sobre los mecanismos de adaptación de las plantas al clima, así como de su grado de conservación (evolución paralela) en dos especies filogenéticamente relacionadas. Cabe esperar que varios de los genes identificados en este proyecto sean dianas de interés para futuros programas de mejora genética, dirigidos al desarrollo de nuevas variedades de cultivos adaptadas al cambio climático en la región mediterránea.