Los vegetales también tienen su genoma

La maduración obedece a la disponibilidad de herramientas que, por primera vez, están permitiendo un enfoque global de la fisiología y la bioquímica vegetales. Los frutos van a ser el conocimiento de las redes de genes que definen su ciclo vital y las características específicas de cada planta. La suma debería desembocar en unos pocos años en cambios fundamentales en el conocimiento de especies de interés agronómico y científico, consideran los expertos.

El cambio tiene mucho que ver con la posibilidad de integrar grandes cantidades de datos y tratarlos masivamente. Datos que provienen fundamentalmente de la genómica funcional a través de chips de ADN y otras tecnologías de análisis y que encuentran en la bioinformática el procesador adecuado para identificar genes y sus funciones, caracterizar proteínas y metabolitos, y proponer, en última instancia, mejoras en las llamadas características cuantitativas de los vegetales. Estas características informan del grado de tolerancia o resistencia a factores de estrés ambiental o debido a la acción de patógenos.

Un ejemplo de cómo todas estas tecnologías están marcando el ritmo de avances como se vio en el VII Congreso Internacional de Biología Molecular de Plantas celebrado la pasada semana en Barcelona, con asistencia de más de 2.000 investigadores de 60 países. En su edición anterior, celebrada hace tres años en Quebec (Canadá), buena parte de las ponencias se referían a la identificación y funciones de un gen concreto. Ahora, la mayoría de las charlas de genómica han presentado enfoques globales a partir de cientos o miles de genes. Para Luis Herrera-Estrella, del Centro de Investigación y Estudios Avanzados de Irapuato (México) y uno de los expertos de mayor proyección en transgénesis vegetal, esto no es más que un signo de lo que se avecina. "En 10 o 15 años vamos a asistir a una auténtica revolución en el conocimiento", augura.

No se trata sólo de datos sino de lo que puede obtenerse de ellos. Por ejemplo, cómo responden los genes cuando la planta sufre una situación de estrés debida a una sequía prolongada o a una pérdida de nutrientes en el suelo. "Estamos empezando a aplicar la biología de sistemas", señala Pere Puigdoménech, investigador del Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC) y copresidente del congreso. Con ella, agrega, se está avanzando en lo que hasta el momento constituía el talón de Aquiles de la biología vegetal: el conocimiento profundo de la fisiología y el desarrollo de las plantas.

Parte de lo que se anuncia como una revolución tiene su punto de partida en Arabidopsis thaliana, la planta modelo cuyo genoma completo se publicó en 2000. El esfuerzo realizado con el primer borrador de la secuencia, de la que ya se han establecido con precisión más del 60% de los genes, está permitiendo integrar los perfiles metabólicos con los de expresión génica. "Pensábamos que Arabidopsis no iba a dar mucha información acerca de otras especies", señala Puigdoménech. La realidad, sin embargo, está demostrando que los genes fundamentales "son los mismos en todas las plantas" y que los específicos para cada especie probablemente se limiten a un escaso 15%.

Además, se cuenta con un buen borrador del genoma del arroz y se trabaja con otras plantas de interés como el maíz, el trigo, el tomate, varias leguminosas o incluso especies forestales como el pino. Pero se va lento: "El maíz tiene un genoma tan grande como el humano", dice Herrera-Estrella, y cuenta con una gran cantidad de secuencias repetitivas y una variabilidad genética enorme. No obstante, ambos investigadores creen que en cuatro o cinco años muchos genomas estarán secuenciados.

¿Qué aportarán? "El conocimiento de las redes de comunicación entre genes", dice el investigador mexicano. Estas redes, que son las que definen las cascadas de reacciones bioquímicas para cualquier organismo, van a permitir identificar los paquetes de genes que intervienen en procesos fundamentales como el desarrollo, el crecimiento y arquitectura de las raíces o la floración. Y también los mecanismos básicos a partir de los cuales abordar un eventual proceso de mejora, como los genes implicados en el rendimiento, la resistencia a la sequía, la tolerancia a salinidad o la calidad de los frutos.

La identificación de las características centra el interés de las aplicaciones en biología molecular de plantas, que permiten incidir en la mejora de las especies de cultivo. Se trata de explotar la variabilidad natural de las especies utilizando todas las posibilidades de la biología molecular, desde la mejora genética clásica hasta el uso de marcadores moleculares pasando por la mutagénesis, el reemplazo genético y la transgénesis.