Cuanto tiempo puede conservar una semilla su potencial para germinar y transformarse en una planta? Se sabe que, en el caso del aguacate, la semilla pierde su viabilidad o potencial de germinar un mes despues de ser extraia del fruto. En contraste, en 2012 se dio a conocer el sorprendente caso de tres semillas de una planta nativa de Siberia que estuvieron encerradas en una cueva mas de 31 mil años y pudieron ser germinadas mediante complejas tecnicas de laboratorio.
Inspirados en esta informacion, cientificos mexicanos del Laboratorio Nacional de Genomica para la Biodiversidad (Langebio), con sede en Irapuato, Guanajuato, investigaron y encontraron cuales son los mecanismos geneticos que hacen a ciertas semillas resistentes a la baja o nula disponibilidad de agua y les permiten seguir siendo viables para germinar muchos años despues.
Los resultados fueron publicados por el grupo mexicano, el pasado martes 30 de agosto, en la prestigiada revista cientifica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), de la Academia de Ciencias de Estados Unidos. La primera autora del reporte es Sandra Isabel Gonzalez Morales, quien condujo la investigacion como parte de una tesis de doctorado, bajo la direccion del doctor Luis Herrera Estrella, ganador del Premio Cronica en 2013 y ganador del Premio Nacional de Ciencias y Artes 2002.
«La tolerancia a la desecacion de las semillas es uno de los procesos mas fascinantes de las plantas superiores y ha jugado un papel fundamental en la evolucion de las plantas terrestres. Esta tolerancia a la desecacion permite a las semillas permanecer viables, en estado seco, por años e incluso siglos», explico Gonzalez Morales en su reporte enviado a la revista PNAS. «En gran parte, sigue siendo desconocido cuales son los factores de transcripcion clave que activan los mecanismos para que las semillas de algunas plantas mantengan su integridad celular y de ADN.
Por eso, en este articulo divulgamos la identificacion de los factores de transcripcion que actuan como nodos principales de las redes transcripcionales que regulan la adquisicion de tolerancia a la desecacion de algunas semillas. Tambien divulgamos la validacion funcional de varios de los principales reguladores de tolerancia a la desecacion de la semilla en las plantas», agrego la principal autora del texto donde se detalla que en su estudio usaron como modelo una planta que se usa para muchos experimentos, la Arabidopsis thaliana.
En el trabajo participaron tambien los investigadores Ricardo Chavez Montes, Corina Hayano Kanashiro, Gerardo Alejo Jacuinde, Thelma Rico Cambron y Stefan de Folter. La identificacion de genes y factores de transcripcion de genes para tolerar la desecacion va mucho mas alla de ser un alumbramiento de ciencia basica.
Se trata de nuevo conocimiento que puede beneficiar a las agrociencias y a la seguridad alimentaria a nivel mundial. A partir de lo que se logro identificar, ahora se puede indagar si esos genes y redes regulatorias de la tolerancia a la falta de agua en las semillas pueden ser trasladados de una planta a otra con biotecnologia o si pueden ser encendidos desde el interior de diferentes plantas de interes agricola, por medio de una nueva tecnologia llamada edicion de genes.
«Este es un uso adicional de las tecnicas genomicas para entender procesos biologicos y como esto puede ser utilizado para hacer mejoramiento genetico, utilizando las nuevas estrategias de mejoramiento genetico molecular», explico el doctor Luis Herrera Estrella, en una presentacion de este proyecto en la Academia Mexicana de Ciencias, dias antes de la aparicion del reporte en la edicion impresa del PNAS.
ARQUEOLOGIA AGRICOLA.
Seria dificil pensar que un mexicano comun planeara un viaje hacia el Kibbutz Ketura, localizado en el extremo sur de Israel. Ademas de estar demasiado lejos de los sitios arqueologicos mas emblematicos de ese pais y de que apenas fue fundado en 1973, el clima desertico provoca que las temperaturas medias en este Kibbutz rebasen con facilidad los 40 grados centigrados.
Sin embargo, hay algo en el Kibbutz Ketura que no se puede encontrar en ninguna otra parte del mundo: una palmera de datiles llamada popularmente la Palmera Matusalen, que es unica porque nacio de una semilla que estuvo almacenada 2 mil años, en el Palacio del Rey Herodes llamado Masada y que se localiza en una montaña fortificada, cerca del Mar Muerto.
Ese sitio arqueologico fue abandonado casi dos milenios hasta que fue vuelto a explorar en los años 60 y se encontraron las semillas, aunque no se sabia si todavia eran viables, hasta que se sembro en el suelo la que dio vida a la Palmera Matusalen. Hasta antes del experimento ruso que en 2012 hizo germinar en laboratorio semillas de mas de 31 mil años, esta era la germinacion de semillas mas antiguas que conocia la humanidad, pero todavia es el caso mejor documentado.
En su mas reciente conferencia en la Academia Mexicana de Ciencias, como parte del encuentro Ciencia y Humanismo, el doctor Luis Herrera Estrella explico que casos como el de la Palmera Matusalen, o el de otras plantas germinadas de semillas encontradas en tumbas chinas de mas de mil 300 años, son ejemplos de un proceso extraordinario de las plantas: la viabilidad de sus semillas en estado de desecacion.
«Esto quiere decir que durante el proceso de formacion de la semilla y de desecacion de la semilla se establecen toda una serie de mecanismos de proteccion que permiten que el embrion de la semilla permanezca viable; es decir que las estructuras membranales, las proteinas necesarias, y sobre todo, la integridad del DNA se mantengan durante 2 mil años, sin que se pierda la viabilidad», explico el doctor experto en genetica y biologia molecular de plantas. Aclaro que no todas las semillas antiguas son viables porque la molecula de DNA, que contienen toda la informacion genetica de la planta, se destruye facilmente cuando hay exceso de agua.
PLANTAS DE RESURRECCION.
Las plantas terrestres se originaron de algas acuaticas que fueron conquistando la tierra seca y se fueron alejando de los cuerpos de agua. Conforme se alejaron del agua, las plantas ancestrales adquirieron la capacidad de tolerar la desecacion en tejidos vegetativos. Se alejaban del agua y tenian que adaptarse a periodos cada vez mas largos sin agua, asi que tuvieron que adquirir la tolerancia a la desecacion vegetativa.
Todo esto obligo a establecer muchos cambios de forma, como el desarrollo de raices cada vez mas largas, pero tambien cambios geneticos que les ayudaran a tolerar la falta de agua. Algunas de las plantas mas intrigantes que existen todavia en la actualidad son las llamadas Plantas de resurreccion, que son un grupo grande de plantas que pueden disminuir su actividad biologica al minimo e incluso parecer muertas cuando no tienen agua pero que recuperan sus funciones en cuanto tocan el agua.
Un ejemplo muy conocido de este tipo de plantas es la Rosa de Jerico, siempre viva o flor de piedra, que se vende en algunos mercados de la Republica. Mexico es centro de origen de muchas de esas plantas. «Son plantas que se pueden secar por varios meses, incluso por un año, y cuando se les pone agua reviven. No es que brote una nueva planta del tejido, sino que la planta que estaba seca revive.
El problema es que este es un sistema energeticamente muy costoso para las plantas. Entonces, aparentemente, durante la evolucion de las plantas, esta funcion de tolerancia a la desecacion se traslado a las semillas y se hizo mas sofisticada. Eso permite que las plantas se puedan mantener viables en estado de semilla, hasta que mejoren las condiciones para que la planta vuelva a crecer», explico Luis Herrera Estrella.
A lo largo de la historia de la evolucion de las plantas, la tolerancia a soportar la falta de agua se traslado a las semillas, pero ha regresado varias veces, en varias especies, a la planta adulta. Es por esto que a los cientificos del Langebio les intereso como es que la tolerancia se traslada a la semilla y a veces a los otros tejidos de la planta.
«Esto nos sugirio que, a pesar de que es un proceso muy complejo, debe estar regulado por un grupo de genes relativamente discreto, que a la hora de prenderse nuevamente en tejidos vegetativos reactiva todo el proceso de tolerancia a la desecacion. Por eso la tesis de Sandra fue identificar cuales son los genes responsables de la tolerancia a la desecacion en semillas y si podemos reactivar la tolerancia a la desecacion en tejidos vegetativos, para reconstruir un evento que ha ocurrido durante la evolucion de las plantas y que tarda mucho tiempo en ocurrir, aunque ha ocurrido repetidamente», preciso Herrera Estrella.
REDES REGULATORIAS.
Toda la informacion para que se forme un nuevo ser vivo esta en su genoma, que es el conjunto de genes reunido en la molecula de Acido Desoxirribonucleico (ADN o DNA por sus siglas en ingles). Sin embargo, los genes no se activan o prenden solos automaticamente, necesitas de unas proteinas que los estimulen, las cuales son llamadas «factores de transcripcion. Si los genes fueran focos, los factores de transcripcion serian los encendedores de esos focos.
El doctor Stephan de Folter, investigador de Langebio y uno de los coautores del estudio sobre tolerancia a la desecacion de semillas, explico en la Academia Mexicana de Ciencias que, en general, las plantas tienen 30 mil genes, y se calcula que existen alrededor de 2 mil factores de transcripcion. No hay una relacion directa que obligue a que un solo gen se active con un solo factor de transcripcion; en realidad son conjuntos de factores que activan a conjuntos de genes.
» Cuales y cuantos son y como actuan los factores de transcripcion? Es uno de los temas que estudiamos en Langebio. Sabemos que operan como redes y que influyen en muchos procesos de diferenciacion», detallo De Folter en la Conferencia General de la Academia Mexicana de Ciencias, Ciencia y Humanismo. La adquisicion de la tolerancia a la desecacion en las semillas permitio a las plantas vasculares diseminarse en todos los ecosistemas.
Para la investigacion recientemente publicada en la revista PNAS se estudiaron varios mutantes de la planta Arabidopsis thaliana y se identificaron mutantes intolerantes y tolerantes a la desecacion, Asi fue como se comenzaron a hacer comparaciones y se encontraron los genes y algunos factores de transcripcion que hacian diferentes a las tolerantes y a las sensibles a la desecacion. «Lo que se nos ocurrio fue que si haciamos un comparativo transcriptomico y metabolomico entre este tipo de mutantes podriamos entender cuales son los genes involucrados en el proceso de tolerancia a la desecacion y saber como se controla este proceso», dijo Luis Herrera Estrella.
Despues de muchas pruebas de biologia molecular y tambien pruebas en plantas reales germinadas en laboratorio, Sandra Isabel Gonzalez Morales hizo la nueva descripcion de los reguladores de tolerancia a la desecacion de semillas. «Este trabajo tiene aplicaciones obvias para la agricultura. Vemos que la induccion para que ciertos genes activen todo el proceso de tolerancia a la desecacion puede ayudar a las plantas a sobrevivir mejor al estres por falta de agua. Esto podria ser realizado por medio de edicion de genomas, que es una nueva tecnologia que esperamos que no sea objetada porque son cosas que ocurren de manera natural dentro de las especies», concluyo el doctor Herrera Estrella.