Un equipo internacional de científicos europeos y chinos ha descubierto los mecanismos genéticos que facilitan la floración de las plantas en el momento adecuado tras los fríos invernales. El autor principal del trabajo, que publica la revista Nature, es un investigador español del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA).
Las plantas deciden cuándo florecer en respuesta a las condiciones ambientales mediante una compleja red de señalización génica. En diversas especies vegetales, la floración requiere que la planta haya estado expuesta a períodos prolongados de frío. Este proceso se conoce como vernalización y es crucial para muchas especies de interés agrícola como el trigo, la cebada y toda la familia de la brasicáceas (mostaza, coles, brócoli).
Las plantas vernalizadas son capaces de recordar el invierno y mantener silenciado un represor floral durante el posterior crecimiento a temperaturas más altas en la primavera. Esta 'memoria epigenética' es borrada y el represor floral se reactiva durante la formación de la semilla. El proceso garantiza que la siguiente generación de plantas requiera de un proceso de vernalización para florecer.
Los mecanismos genéticos que controlan este proceso de borrado permanecían desconocidos, pero ahora, un estudio publicado en Nature ha revelado cómo consiguen hacerlo. Su autor principal es Pedro Crevillén, investigador del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), centro mixto de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA).
La epigenética se refiere a marcas químicas heredables que modifican la actividad del genoma sin alterar la secuencia del ADN. Por ejemplo, los gemelos comparten la misma secuencia de ADN, pero un análisis fino de su genoma revela que está marcado de forma diferente por marcas epigenéticas que se acumulan a lo largo de nuestra vida. Esto explica en parte las diferencias que observamos entre ellos.
En la planta modelo Arabidopsis thaliana se sabe que durante el invierno se produce el silenciamiento de un gen llamado FLC que actúa como represor de la floración. Tras la vernalización, este represor permanece silenciado por mecanismos epigenéticos en ausencia del frio permitiendo que las plantas florezcan en primavera. Luego, el gen se reactiva en las semillas y las nuevas plantas vuelven a requerir pasar el invierno (vernalizar) para florecer.
La vernalización es un proceso de una gran importancia a nivel agronómico para numerosos cultivos. En el caso del trigo, existen variedades que se siembran en distintas épocas del año según su requerimiento de vernalización. Actualmente, debido a los efectos del cambio climático, hay inviernos que son menos fríos que antaño y, por tanto, al no florecer los cultivos en el momento correcto disminuyen la producción. Para Crevillén, los resultados de su estudio, dirigido por Caroline Dean del John Innes Centre (Reino Unido), permitirán obtener variedades de plantas más productivas en las condiciones ambientales actuales.
Borrado a nivel molecular
El trabajo caracteriza a nivel molecular el proceso de borrado de la memoria epigenética de la vernalización. En el mismo se demuestra que el gen ELF6 es necesario para el borrado de esta memoria epigenética del represor floral. El proceso de esta investigación fue posible gracias al aislamiento de un mutante en este gen, que recordaba la vernalización. Este mutante es uno de los pocos ejemplos de herencia transgeneracional epigenética que se ha investigado en las plantas.
“Este trabajo recuerda a las ideas de Lysenko, el botánico soviético que sostuvo que la progenie de trigos vernalizados florecerían y aumentarían su producción”, afirma Crevillén. “Sin embargo, estaba equivocado y hoy sabemos que la vernalización es necesaria en cada generación”.
Los científicos han descubierto recientemente que la herencia transgeneracional no solo afecta a las plantas, sino también a los animales y, por tanto, a los humanos. En un principio, se pensaba que los cambios epigenéticos solo podían ser heredados de célula a célula en un mismo organismo, pero no de una generación a otra, es decir, de padres a hijos.
Sin embargo, numerosos estudios sugieren actualmente que hay una pequeña parte de esta información epigenética que no se borra y se transmite a la descendencia. Por ejemplo, que la desnutrición en madres gestantes origina cambios epigenéticos que no solo afectan a sus hijos, sino que tienen consecuencias en el crecimiento de los nietos.
Se trata de un tema de gran actualidad del que se conoce muy poco y que está concitando un gran interés en la comunidad científica mundial. El siguiente paso para completar el estudio sería, en opinión de su autor principal, profundizar aún más en los mecanismos de cómo las plantas regulan su floración en respuesta a cambios en la temperatura ambiental.
“Estos estudios cobran mayor importancia en la actualidad si queremos prevenir los efectos adversos del cambio climático, pues sabemos que el aumento de la temperatura provoca cambios epigenéticos en genes reguladores de la floración”, declara Crevillén, quien ha sido recientemente seleccionado dentro del programa Ramón y Cajal para continuar con sus investigaciones.
Referencia bibliográfica:
Pedro Crevillén, Hongchun Yang, Xia Cui, Christiaan Greeff, Martin Trick, Qi Qiu, Xiaofeng Cao, Caroline Dean. “Epigenetic reprogramming that prevents transgenerational inheritance of the vernalized state”. Nature doi:10.1038/nature13722
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