Los genomas vegetales también cuentan

A medida que más se conoce más se aprecia que las diferencias genéticas entre el más simple de los vegetales y el más complejo de los animales no son tantas. Al menos eso parece si se observa con detalle el contenido genético de distintas especies y se comparan las funciones de sus genes con sus homólogos en el reino animal. El genoma completo de la planta modelo Arabidopsis thaliana, cuya secuenciación se publica mañana en la revista Nature con la participación de dos grupos españoles, no hace sino confirmar esta insospechada similitud. El conocimiento del genoma completo de esta vulgar mala hierba, destacan los expertos, facilitará no sólo un mejor conocimiento del mundo vegetal, sino también de cómo se desarrollan y organizan los seres vivos en su conjunto.

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La publicación del primer borrador del genoma humano, el pasado mes de junio, eclipsó buena parte de los proyectos de secuenciación actualmente en marcha en todo el mundo. Pero, por supuesto, no detuvo la marcha del casi medio centenar de mapas genéticos en los que andan implicados un buen número de científicos. Gran parte de esos mapas corresponden a genomas de plantas, de los cuales el de Arabidopsis es, a fecha de hoy, el primero que se libera a la comunidad científica y va a abrir las puertas a nuevas aplicaciones de interés agronómico, ambiental, energético e industrial.Su secuenciación ha sido posible tras ocho años de investigación. Durante este tiempo, científicos europeos, norteamericanos y japoneses han sumado esfuerzos a través de un consorcio público que ha logrado echar tierra sobre los resultados obtenidos por Monsanto, la compañía privada que dos años atrás anunció disponer de esta misma secuencia, aunque con un nivel de fiabilidad muy inferior.

Nuevos paradigmas

El interés estratégico de Arabidopsis, en opinión de Pere Puigdoménech, investigador del Instituto de Biología Molecular (CSIC) de Barcelona y coordinador de uno de los grupos que ha participado en su secuenciación, está fuera de toda duda. Por sus características, esta pequeña planta de la familia de las crucíferas que en algunos países nórdicos se emplea como condimento para ensaladas, se ha erigido en el modelo genético por excelencia en botánica. Con un ciclo de vida de apenas tres semanas y un genoma suficientemente reducido y compacto, la descripción de su mapa genético va a aportar elementos clave para entender la distribución y función de genes en otras especies de alto valor económico. Por ejemplo, del arroz, cuyo genoma completo se espera obtener en unos pocos años, o del maíz, el cereal, junto con el trigo, de mayor interés estratégico.

La descripción de sus mapas, completos o no, va a permitir "saltar de un genoma a otro" gracias, en buena medida, a lo que se ha aprendido con Arabidopsis. Para muchas especies vegetales, indica Puigdoménech, los mapas genéticos son "prácticamente idénticos". Y lo mismo puede decirse de la función de sus genes. "La comparación de genomas ofrece cada vez mayores similitudes". "Existe homología al menos en el 60% de los genes" añade Puigdoménech. Una homología, sin embargo, que no debe tomarse al pie de la letra pero que aclara mucho acerca de la evolución de las especies y del papel que juegan los genes en ella.El caso es que, como explica Manuel Pérez Alonso, coordinador en el Departamento de Genética de la Universidad de Valencia del segundo grupo español que ha participado en la secuenciación de Arabidopsis, el número de bases parece ser lo menos importante en cuanto al contenido de información. Dicho de otro modo, la magnitud del genoma es poco relevante en lo que a número de genes se refiere y a sus funciones.

Arabidopsis, según se describió en 1999 tras la secuenciación de sus cromosomas 2 y 4, apenas llega a 145 millones de pares de bases, cifra unas veinte veces menor que en el ser humano, el cual, a su vez, se sitúa entre los genomas del maíz y del guisante. No obstante, su número de genes podría rondar los 25.000, apenas un 30% inferior al número de genes humanos.

Considerando sus funciones, alrededor de un 8% son coincidentes en animales y vegetales. En concreto, para los genes que controlan la formación de la arquitectura celular interna o en determinadas áreas del metabolismo primario como la formación de azúcares, lípidos y grasas. En cerca del 22% existe una enorme similitud, de modo que el mecanismo de acción que deriva de un gen es el mismo aunque la función final sea distinta. "Un gen puede regular la formación de un ojo en la mosca y de una hoja en Arabidopsis, pero lo hacen del mismo modo", aclara Puigdomènech. Finalmente, otro 30% presenta "alguna similitud" en proteínas que pueden ser "conocidas o no".

Entre el resto, en una proporción que podría variar en los próximos años, se encuentran los genes específicos no sólo de cada grupo vegetal o animal, sino también las secuencias genómicas que determinan las variantes dentro de una misma especie e, incluso, las diferencias individuales. Por ejemplo, los genes encargados de regular los mecanismos de defensa en vegetales, que ascienden a un sorprendente 14% en el cromosoma 4 de Arabidopsis. "Las plantas", dice el investigador del CSIC, "sólo cuentan con sus genes para defenderse".

Como consecuencia de este conocimiento, opina Puigdomènech, "empezamos a entender la evolución" la cual no puede escribirse sólo con mutaciones. "No hay tiempo" para acumular las mutaciones necesarias para pasar de una especie a otra y, además tan diferentes. Del mismo modo, el uso habitual de poliploidía (duplicación del genoma) habría contribuido de forma clara a esa evolución. Del estudio de la secuencia de Arabidopsis se desprende, en este sentido, que casi el 80% de su genoma está duplicado. Y lo mismo ocurre en otros muchos vegetales.

El conocimiento de los genomas vegetales va a aportar también mucho al desarrollo de aplicaciones potenciales. A un nivel básico, permitirá ver como reaccionan todos los genes de un organismo ante una enfermedad o por qué una planta ofrece mejor rendimiento en un lugar u otro en función de su código genético. Este análisis va a resultar básico para la optimización de técnicas de mejora vegetal, fundamentales para la agricultura actual, así como para prever cambios en su estructura genética que mejoren su rendimiento, su capacidad de defensa o de adaptación a medios hostiles.Por otra parte, de su conocimiento van a beneficiarse las investigaciones en taxonomía y biodiversidad, así como otras muchas vinculadas a cuestiones medioambientales como la descripción del rol de los genes en los ciclos naturales de gases de efecto invernadero. Todo ello sin obviar otras aplicaciones como la obtención de productos de interés farmacológico, como la introducción de genes que codifican para la expresión de vitamina A en arroz para paliar los efectos de la avitaminosis en amplias regiones de Asia o para la obtención de fármacos; la producción de aromas y fibras textiles; o, incluso, como alternativa a energética a los combustibles fósiles.

España se está quedando fuera

La secuenciación del genoma de Arabidopsis thaliana ha vuelto a poner de manifiesto, en opinión de los científicos españoles que han participado en el proyecto, la falta de previsión del Ministerio de Ciencia y Tecnología en genómica, considerada una de las grandes áreas de desarrollo futuro. Si bien el papel de los representantes españoles es calificado como "digno", se insiste en que la participación ha sido mínima. Desde Valencia se han aportado unos 500.000 pares de bases y desde Barcelona unas 300.000, en ambos casos en el cromosoma 3. La situación contrasta con la de otros países. Japón, por ejemplo, ha participado activamente en la secuenciación de Arabidopsis y lidera la del arroz con más del 50% del proyecto. En Estados Unidos ha sido Craig Venter, el que ha comandado la participación estadounidense, mientras que Europa, en un consorcio público coordinado por la francesa Genoscope, es la que se ha llevado la palma. En el caso europeo, además, muchos laboratorios se han beneficiado de subvenciones concedidas por la UE aunque a precios que limitan la competitividad de los centros españoles. Pero el mayor lamento de los investigadores se dirige hacia la anunciada acción estratégica del ministerio en genómica. "Todavía está pendiente de convocatoria y nadie sabe en qué términos saldrá" dice Pérez Alonso, que compagina su trabajo universitario en Valencia con la dirección científica de Sistemas Genómicos, la única empresa en España dedicada a secuenciación.

La propuesta del ninisterio incluiría el desarrollo de biochips y la bioinformática, además de otras acciones, con un prespuesto total de 700 millones de pesetas para todas ellas. La propuesta de secuenciación de un único cromosoma de arroz, que Puigdomènech (Barcelona) trasladó en su día al ministerio, costaba 800 millones anuales y fue desestimada por su coste. Para España, insiste Pérez Alonso, no habrá más oportunidades. "En nuestro país", zanja, "ha terminado la era de la secuenciación de genomas".