Primer paso para desentrañar los genes de una planta

Si se cumplen los planes, una hierba que se usa como condimento para ensaladas en algunos países nórdicos, pasará a la historia por ser la primera planta con todo el código genético descrito. Un equipo de científicos del Centro de Investigación y Desarrollo de Barcelona trabaja desde hace tres años en la secuenciación del genoma completo de Arabidopsis thaliana, una pequeña planta anual de la familia de las crucíferas. No lo hacen solos, ya que participan 21 centros de investigación. Los primeros resultados del trabajo, que se refieren únicamente al 2% del genoma, se publicaron el pasado 29 de enero en la revista Nature.El artículo está firmado por 68 autores de 21 centros de investigación de Estados Unidos, Japón y Europa. El único grupo español entre los firmantes es el CID de Barcelona, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, y el biólogo molecular Pere Puigdoménech es el responsable del trabajo en España.

Los análisis de este primer porcentaje, según el investigador, dan suficiente información sobre qué funciones tienen los genes en esta planta y, por extensión, en la mayor parte de los vegetales. Por el momento, este porcentaje representa también el mayor segmento del genoma de una planta que se ha logrado secuenciar.

La secuenciación del genoma de Arabidopsis empezó hace tres años bajo los auspicios de la Dirección General de Ciencias de la Vida de la Unión Europea. En la actualidad, el fragmento secuenciado supera con creces el 2% publicado, que corresponde a los trabajos finalizados el pasado verano, y se acerca al 15%.

Cinco años

Al ritmo actual se prevé completar el genoma en unos cinco años, lo cual implicará disponer en una única base de datos de los aproximadamente 100 millones de pares de bases que dan lugar a los 15.000 genes de esta planta. Esta es una cantidad muy inferior a la del genoma humano, que cuenta con unos 2.000 millones de pares de bases agrupadas en 80.000 genes, o el del maíz, también con 2.000 millones de pares de bases, pero para tan sólo 15.000 genes.El proceso de secuenciación e Arabidopsis, según Puigdoménech, es ilustrativo de los trabajos que se llevan a cabo en la actualidad en biología molecuar. "La secuenciación", indica, les un trabajo que ahora tiene mucho de mecánico y que pronto se acabará" gracias al gran desarrollo de la bioinformática y a la generación de bases de datos que permiten mapear el genoma casi por homología. En su lugar, añade, aparecerá otra labor "más interesante": identificar los genes y su función.

Precisamente éste ha sido el área que ha despertado mayores expectativas en el fragmento de genoma secuenciado. Se han identificado 389 genes, de los cuales cerca de la mitad, 209 exactamente, tienen una función más o menos conocida. Del resto no se sabe absolutamente nada. Por extrapolación, dice el investigador, cuando se haya secuenciado todo su genoma, habrá entre 7.000 y 8.000 genes con una función desconocida. Para la otra mitad, "de algunos sabremos algo y de otros tan sólo lo intuiremos".

En el caso de Arabidopsis, y por analogía con el genoma de levadura ya completo, se han establecido 15 categorías para englobar la función de los 209 genes, de las cuales 13 corresponden a grupos perfectamente identificados. Entre ellos, los involucrados en los procesos metabólicos, los mecanismos de defensa, el transporte interno de sustancias, la síntesis de proteínas, la formación de la estructura celular o la obtención de energía. Los otros dos grupos corresponden a genes con una función aún poco clara o todavía por identificar.

Defensa y metabolismo

El análisis revela que el 14% de los genes controla los mecanismos de defensa; el 10%, el metabolismo secundario, y el 15%, el mecanismo de transcripción, que es el encargado de regular la correcta duplicación del código genético en la división celular. Estas proporciones, que podrían extrapolarse a buena parte de los vegetales, especialmente a los más próximos en la escala filogenética, son similares a las esperadas."Las plantas se defienden de las agresiones externas activando todos sus mecanismos de defensa", indica Puigdoménech. Ante la imposibilidad de huir o migrar ante una agresión, los vegetales desarrollan mecanismos propios, como generar resistencia a hongos, bacterias o virus y también a condiciones climáticas extremas.

Por otra parte, el metabolismo primario de la planta, responsable de la producción de azúcares, almidones y otras sustancias esenciales, ocupa al 22% de los genes.

Más allá de los resultados obtenidos, el trabajo con Arabidopsis se ha revelado especialmente importante por cuanto se ha podido demostrar su validez como modelo experimental para el mundo vegetal, del mismo modo que Drosophila melanogaster, la popular mosca del vinagre, lo es para el animal.

Se trata de una planta con tan sólo 100 millones de pares de bases, con unos 15.000 genes contenidos en sus cinco únicos cromosomas, un ciclo de vida corto (de poco más de 20 días), de muy fácil manipulación genética y con una gran cantidad de mutantes, lo que permite estudiar ampliamente sus características genéticas.

Ordenación

Además, añade Puigdoménech, "las plantas acostumbran a tener ordenados sus genes de forma similar", con lo que, por analogía, puede pasarse del estudio de una especie a otra sin excesiva dificultad. "Para muchos cereales", dice este científico, "se ha deirnostrado que sus genomas pueden compararse".Las grandes diferencias entre especies podrían estar motivadas por el número de pares de bases necesarias para dar lugar a un gen, la distancia entre ellos y, evidentemente, el número que compone su genoma y las funciones que definen.

En cualquier casó, se ha visto que en Arabidopsis los genes están muy empaquetados, muy próximos los unos a- los otros. Cada cuatro kilobases (4.000 pares de bases) hay un gen.

En el maíz, del que se han secuenciado pequeños fragmentos de su genoma, los genes están mucho más separados, probablemente debido a la "domesticación" de la especie a lo largo de 10.000 años de agricultura.