¿CÓMO BORRAN LAS PLANTAS LA MEMORIA DEL INVIERNO?
Un estudio publicado en ‘Nature’, cuyo autor principal es el
investigador del CBGP Pedro
Crevillén, descubre los mecanismos genéticos que facilitan la
floración en el momento adecuado.
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. Sin embargo, los mecanismos genéticos que controlan este
proceso de borrado permanecían desconocidos.
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.
El trabajo, publicado en
Nature con el título
“Epigenetic reprogramming that prevents transgenerational
inheritance of the vernalized state”, 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 el gen ELF6, 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 cambios epigenéticos afectan también a los
humanos
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.
Artículo Original:
Crevillén,
P; Yang, H; Cui, X; Greeff, C; Trick, M; Qiu, Q; Cao, X; Dean, C.
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Epigenetic
reprogramming that prevents transgenerational inheritance of the
vernalized state". Nature. DOI:
10.1038/nature13722
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