Como borran las plantas la memoria del invierno para florecer

Un equipo internacional de cientificos europeos y chinos ha descubierto los mecanismos geneticos que facilitan la floracion de las plantas en el momento adecuado tras los frios invernales. El autor principal del trabajo, que publica la revista Nature, es un investigador español del Centro de Biotecnologia y Genomica de Plantas (UPM-INIA).

Floracion de plantas de Arabidopsis thaliana despues de distintos tiempos de vernalizacion, y primer plano de sus flores. / UPM

Las plantas deciden cuando florecer en respuesta a las condiciones ambientales mediante una compleja red de señalizacion genica. En diversas especies vegetales, la floracion requiere que la planta haya estado expuesta a periodos prolongados de frio. Este proceso se conoce como vernalizacion y es crucial para muchas especies de interes agricola como el trigo, la cebada y toda la familia de la brasicaceas (mostaza, coles, brocoli).

Las plantas vernalizadas son capaces de recordar el invierno y mantener silenciado un represor floral durante el posterior crecimiento a temperaturas mas altas en la primavera. Esta memoria epigenetica es borrada y el represor floral se reactiva durante la formacion de la semilla. El proceso garantiza que la siguiente generacion de plantas requiera de un proceso de vernalizacion para florecer.

Los mecanismos geneticos que controlan este proceso de borrado permanecian desconocidos, pero ahora, un estudio publicado en Nature ha revelado como consiguen hacerlo. Su autor principal es Pedro Crevillen, investigador del Centro de Biotecnologia y Genomica de Plantas (CBGP), centro mixto de la Universidad Politecnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigacion y Tecnologia Agraria y Alimentaria (INIA).

La epigenetica se refiere a marcas quimicas 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 analisis fino de su genoma revela que esta marcado de forma diferente por marcas epigeneticas 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 actua como represor de la floracion. Tras la vernalizacion, este represor permanece silenciado por mecanismos epigeneticos 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 vernalizacion es un proceso de una gran importancia a nivel agronomico para numerosos cultivos. En el caso del trigo, existen variedades que se siembran en distintas epocas del año segun su requerimiento de vernalizacion. Actualmente, debido a los efectos del cambio climatico, hay inviernos que son menos frios que antaño y, por tanto, al no florecer los cultivos en el momento correcto disminuyen la produccion. Para Crevillen, los resultados de su estudio, dirigido por Caroline Dean del John Innes Centre (Reino Unido), permitiran obtener variedades de plantas mas productivas en las condiciones ambientales actuales.

Borrado a nivel molecular

El trabajo caracteriza a nivel molecular el proceso de borrado de la memoria epigenetica de la vernalizacion. En el mismo se demuestra que el gen ELF6 es necesario para el borrado de esta memoria epigenetica del represor floral. El proceso de esta investigacion fue posible gracias al aislamiento de un mutante en este gen, que recordaba la vernalizacion. Este mutante es uno de los pocos ejemplos de herencia transgeneracional epigenetica que se ha investigado en las plantas.

“Este trabajo recuerda a las ideas de Lysenko, el botanico sovietico que sostuvo que la progenie de trigos vernalizados florecerian y aumentarian su produccion”, afirma Crevillen. “Sin embargo, estaba equivocado y hoy sabemos que la vernalizacion es necesaria en cada generacion”.

Los cientificos han descubierto recientemente que la herencia transgeneracional no solo afecta a las plantas, sino tambien a los animales y, por tanto, a los humanos. En un principio, se pensaba que los cambios epigeneticos solo podian ser heredados de celula a celula en un mismo organismo, pero no de una generacion a otra, es decir, de padres a hijos.

Sin embargo, numerosos estudios sugieren actualmente que hay una pequeña parte de esta informacion epigenetica que no se borra y se transmite a la descendencia. Por ejemplo, que la desnutricion en madres gestantes origina cambios epigeneticos 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 esta concitando un gran interes en la comunidad cientifica mundial. El siguiente paso para completar el estudio seria, en opinion de su autor principal, profundizar aun mas en los mecanismos de como las plantas regulan su floracion en respuesta a cambios en la temperatura ambiental.

“Estos estudios cobran mayor importancia en la actualidad si queremos prevenir los efectos adversos del cambio climatico, pues sabemos que el aumento de la temperatura provoca cambios epigeneticos en genes reguladores de la floracion”, declara Crevillen, quien ha sido recientemente seleccionado dentro del programa Ramon y Cajal para continuar con sus investigaciones.

Referencia bibliografica:

Pedro Crevillen, 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

FUENTE: agenciasinc.es

universidadagricola.com

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