En busca de la clonación natural

Aunque pueda sonar a nombre de videojuego o de película de ciencia ficción, la apomixis es, en realidad, un método misterioso y fascinante de reproducción asexual de algunas plantas que ha ocupado la atención de biotecnólogos de todo el mundo que buscan desentrañar y entender esta auténtica clonación natural.

Aún se desconoce muchos aspectos de sus mecanismos moleculares, por lo que se ha convertido en el santo grial de la biotecnología vegetal, pero ahora un grupo de investigadores del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Irapuato (Cinvestav) de México ha dado un paso fundamental para desentrañar sus secretos genéticos, de acuerdo con un artículo publicado en la revista Nature.

Tras pasar años estudiando la vida sexual de vegetales que han renunciado completamente al sexo para reproducirse y analizar la Arabidopsis thaliana -el modelo vegetal por excelencia-, que se reproduce sexualmente, el grupo encabezado por Jean Philippe Vielle Calzada descubrió que una proteína llamada Argonauta 9 reprime las células sexuales para que no se conviertan en células reproductivas.

"Es una proteína conformada por pequeñas moléculas de ARN que se comporta como reguladora maestra que controla el destino de las células y les ordena cuándo y cómo deben convertirse en células reproductivas", ha explicado a EL PAÍS Vielle Calzada, del Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad del Cinvestav.

Al menos 25 grupos científicos en todo el mundo compiten para encontrar las claves de la sexualidad de las plantas y hasta ahora se ignoraba el papel que juega la Argonauta 9 en el aparato reproductor, pero con el trabajo de los mexicanos y sus colaboradores de Estados Unidos y Francia se sabe la ruta regulatoria inicial que le confiere un papel represor de ese destino celular que está presente en todas las plantas que se reproducen sexualmente.

"Estábamos buscando en otro sentido completamente, diferente analizando genes que controlan la meiosis (proceso de división celular), pero este hallazgo no tiene nada que ver con la meiosis", afirma Vielle Calzada.

En la mayor parte de las plantas comestibles como el maíz, trigo, sorgo, entre muchas otras, la reproducción sexual favorita es la doble fecundación: primero el óvulo es fecundado por un grano de polen, con lo cual se forma el embrión; posteriormente, una segunda célula espermática se une a la voluminosa célula central para dar lugar a la formación del endospermo, un tejido de abundante contenido proteico indispensable para la sobrevivencia del embrión. Después de esto, el óvulo se transforma progresivamente en una semilla.

Así, las semillas heredan la mitad de su material genético de la madre y la otra mitad del padre, por lo que las características genéticas cambian de una generación a otra. En cambio, con la apomixis las plantas son capaces de reproducirse formando embriones sin necesidad de fecundación. Las células apomícticas contienen todos los genes necesarios para formar nuevas semillas genéticamente idénticas a la planta madre.

A partir de la Revolución Verde a finales de los años cincuenta del siglo XX, se han desarrollado semillas mejoradas de los principales alimentos a nivel mundial, lo que ha permitido mayores rendimientos tras un largo proceso de hibridación a través del cual se seleccionan y cruzan ciertas plantas para obtener características agrícolas muy específicas.

"Los híbridos son de uso frecuente en agricultura moderna puesto que son más productivos y menos susceptibles a los patógenos, conservando un fenómeno llamado vigor híbrido", señala Hanspeter Schöb, del Instituto de Biología de Plantas de la Universidad de Zurich.

El investigador suizo explica que con estas semillas el granjero no puede tomar una parte de su cosecha para sembrar en el próximo año, porque al combinarse los rasgos genéticos con la reproducción sexual las plantas no son genéticamente idénticas, lo que lleva a la heterogeneidad de plantas que no es tolerable en una agricultura moderna automatizada.

De tal forma, el valor agrícola de semillas híbridas se mantiene sólo durante un ciclo de cultivo, por lo que los agricultores están obligados a comprar semilla mejorada año tras año.

El mercado mundial de semillas híbridas es dominado en más del 90% por menos de diez empresas trasnacionales que, de acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), obtienen ganancias por 26.500 millones de euros anuales.

Si se lograra inducir la apomixis en planta híbridas de maíz o trigo tendría implicaciones realmente revolucionarias que cambiarían el mercado mundial de semillas, por ello, biotecnólgos, agricultores y empresas desde hace más de 20 años se han interesado en este campo de investigación. Vielle Calzada afirma que si bien éste es un primer paso, aún falta mucho para llegar a ello pero, de lograrse, se simplificarían los métodos de producción de semillas híbridas manteniendo sus características genéticas a perpetuidad. "Se trata de un desarrollo que debe mantener su carácter público que debe beneficiar a los productores y campesinos más pobres que ya no tendrían que comprar tantas semillas".

Modelo vegetal

Para descubrir la función de Argonauta 9, los investigadores utilizaron la planta más utilizada por los científicos: Arabidopsis thaliana (prima hermana de la mostaza) de la cual se conocen todos sus genes, con la que se han hecho miles de investigaciones, se reproduce en sólo 6 semanas, hay una gran cantidad de mutantes y le encanta el sexo para reproducirse.

El equipo centró su atención en los genes activos en el óvulo con el objetivo de identificar las proteínas esenciales que dirigen la reproducción asexual, y se percataron de la presencia de Argonauta 9, lo cual llamó su atención pues, aunque se conocía toda una familia de argonautas, nunca se habían visto en las células reproductivas.

"Observamos donde nadie antes había observado", ha señalado Vianey Olmedo, investigadora del Cinvestav y coautora del estudio. "Se trata de una proteína que participa en las etapas tempranas de la formación de células que dan lugar al gametocito (células sexuales)".

Una vez que identificaron la proteína, los investigadores analizaron una mutante de Arabidopsis que no la produce y observaron que esta alteración permite que más células adquieran la identidad y capacidad de formarse como gametos. En vez de producir uno solo, la mayor parte de los óvulos sin Argonauta 9 produjeron varios gametos anormales que contenían toda la información genética completa.

"Cortando su función, causamos una reacción esquizofrénica de las células en el óvulo para que aquellas que supuestamente no se convertirían en gametos sí lo hicieran", ha afirmado Vielle Calzada. "Parece que en estado normal evita que esas células sean transformadas en precursoras del gameto, lo cual sugiere que Argonauta 9 inicia la apomixis".

Ésta es la primera base molecular de la apomixis, pero los investigadores ya están preparando los siguientes pasos para que en un futuro pueda tener aplicaciones concretas en el campo.

"Es el principio que nos permitirá entender el proceso completo y, eventualmente, implementarlo en las plantas cultivables, donde no necesariamente ocurriría lo mismo que en Arabidopsis, pues cada planta y especie tiene un reto distinto", ha dicho Vianey Olmedo. "Hay que analizar la manera en que participan otras proteínas y cómo interactúan entre ellos y qué otros elementos intervienen en el proceso, pero esta es una teoría general de la cual partiremos".