Caracterizadas fracciones de tipo lignina en plantas ancestrales

Un nuevo estudio recientemente publicado en la revista Frontiers in Plant Science por el grupo de Ángel T. Martínez en el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, en colaboración con Jorge Rencoret del IRNAS, desvela la composición y estructura de fracciones similares a la lignina en plantas primigenias. La investigación se ha centrado en el estudio de la evolución del polímero de lignina desde las plantas terrestres más ancestrales, como musgos, hasta gimnospermas primitivas más evolucionadas, usando técnicas analíticas avanzadas.

Rencoret y col. han aislado fracciones de tipo lignina de ocho especies de musgos (Hypnum cupressiforme y Polytrichum commune), licofitos (Selaginella kraussiana), equisetos (Equisetum palustre), helechos (Nephrolepis cordifolia y Pteridium aquilinum), cicas (Cycas revoluta) y gnetofitos (Ephedra fragilis). Estas fracciones se caracterizaron estructuralmente por pirolisis acoplada a cromatografía de gases y espectrometría de masas (Py-GC/MS), y espectroscopía de resonancia magnética nuclear bidimensional (2D-RMN).

Los análisis de Py-GC/MS revelaron la abundante presencia de marcadores característicos de las unidades de la lignina, excepto en H. cupressiforme, P. commune y E. palustre; mientras que los experimentos 2D-RMN de correlación cuántica única heteronuclear (HSQC) proporcionaron valiosa información estructural adicional. Estos experimentos mostraron señales intensas correspondientes a unidades guayacilo (G) de lignina en las fracciones aisladas de los helechos y la Cycas, junto con débiles señales de unidades p-hidroxifenilo (H). Es interesante que las fracciones aisladas del licofito S. kraussiana y el gnetofito E. fragilis no sólo estaban compuestas de unidades G y H sino que, debido a un proceso de evolución convergente, también contenían unidades de tipo siringilo (S) características de las angiospermas, que aparecieron mucho más tarde en la evolución de las plantas. Los enlaces más abundantes entre estas unidades (y trazas de grupos coniferaldehído terminales, J) se identificaron como β−O−4' alquil-aril éter (A), seguidos por enlaces carbono-carbono de tipo β−5' fenilcumarano (B) y β−β' resinol (C) (junto con enlaces 5-5' formando subestructuras de tipo dibenzodioxina, D, en los helechos y la Cycas).

Adicionalmente, los experimentos de HSQC RMN han permitido identificar compuestos de tipo flavonoide nunca antes descritos en ligninas naturales, como la amentoflavona (Am), apigenina, hypnogenol B (solo en H. cupressiforme), kaempferol (K) y naringenina (N). Estos flavonoides resultaron ser muy abundantes en el musgo H. cupressiforme (cuya fracción de tipo lignina contiene 84% de hypnogenol B), y su abundancia decreció en las fracciones aisladas de la S. krausiana (con amentoflavona y naringenina representando el 14% del total de unidades aromáticas), las dos gimnopermas ancestrales (0.4-1.2%) y los helechos (0-0.7%).

Flavonoides y polímeros de tipo lignina han coexistido desde las primeras plantas terrestres. Debido a su naturaleza aromática, se cree que ambos jugaron un papel importante como protección frente a la luz UV durante la colonización del medio terrestre; aunque la cantidad de flavonoides en las fracciones de tipo lignina se ha reducido durante la posterior evolución de las plantas terrestres. Este hecho concuerda con la detección de flavonoides en las fracciones de tipo lignina de todas las plantas primitivas aquí estudiadas (desde musgos hasta gimnospermas ancestrales). Las evidencias aportadas representan una importante contribución a nuestro conocimiento de ambos tipos de moléculas ya que, hasta el presente, sólo se conocía un flavonoide (la tricina) capaz de incorporarse como monómero al polímero de lignina (principalmente en gramíneas y otras monocotiledóneas).

El trabajo es el resultado de una colaboración entre los investigadores del CIB-CSIC y el IRNAS, junto a las universidades de Alcalá y Tokio.

Reference: New insights on structures forming the lignin-like fractions of ancestral plants. Rencoret J, Gutiérrez A, Marques G, del Río JC, Tobimatsu Y, Lam PY, Pérez-Boada M, Ruiz-Dueñas FJ, Barrasa JM, Martínez AT, Frontiers in Plant Science 12: 740923 (2021). https://doi.org/10.3389/fpls.2021.740923