Un estudio realizado en la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP) en Brasil identificó genes huérfanos en caña de azúcar silvestre (Saccharum spontaneum), una especie con excepcional resistencia a estreses bióticos como nematodos, hongos, bacterias y otras plagas y enfermedades, y estreses abióticos como el frío, la sequía, la salinidad y el suelo nutricionalmente deficiente.
por Ricardo Muñiz, FAPESP
Según un artículo sobre el estudio publicado en la revista Frontiers in Plant Science , los científicos responsables se habían propuesto ver si los genes huérfanos en S. spontaneum desempeñaban un papel importante en sus propiedades de resistencia al estrés.
Todos los seres vivos tienen genes que se parecen mucho a los genomas de otros organismos. Las plantas, por ejemplo, comparten los genes implicados en la fotosíntesis. Por otro lado, la mayoría de los organismos también tienen genes huérfanos o específicos de linaje.
Los genes huérfanos se encuentran en un grupo taxonómico particular sin una similitud de secuencia significativa con los genes de otros linajes. A veces se les llama genes restringidos taxonómicamente por este motivo.
Las aves, por ejemplo, tienen algunos genes que difieren mucho de los de los mamíferos. Investigaciones recientes han demostrado que incluso los organismos de especies estrechamente relacionadas que pertenecen al mismo género pueden tener genes que otras especies no comparten.
Los investigadores estaban interesados en S. spontaneum debido a características tales como eventos anteriores de duplicación del genoma completo que resultaron en varias copias del mismo gen. La evidencia científica sugiere que los genes huérfanos pueden originarse en copias de genes preexistentes cuyas secuencias cambian con el tiempo debido a mutaciones y finalmente difieren por completo de las secuencias originales.
Otra posible explicación para el origen de los genes huérfanos podría ser la reorganización de las regiones genómicas que no codifican genes, que se observa con frecuencia en organismos con genomas complejos, como la caña de azúcar.
«En el estudio, identificamos partes del genoma de S. spontaneum que no tienen similitudes con los genes de ningún otro organismo. Creemos que pueden ser responsables de los rasgos fisiológicos o propiedades peculiares de la especie», dijo Cláudio Benício Cardoso-Silva, primer autor del artículo. Realizó el proyecto como investigación posdoctoral en el Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (CBMEG) de la UNICAMP.
«A medida que estas plantas evolucionaron, algunos genes se expresaron en mayor o menor medida en respuesta a varios tipos de estrés abiótico, particularmente el frío. Esto puede significar que están regulados como resultado de este estrés», dijo Cardoso-Silva, cuya becaria postdoctoral la investigación fue supervisada por Anete Pereira de Souza, profesora de fitogenética del Instituto de Biología de la UNICAMP y última autora del artículo.
Los investigadores no creen que puedan concluir categóricamente que los genes huérfanos que identificaron hacen que la planta sea más tolerante al estrés según los resultados del estudio. “Pero el hecho de que estén regulados en condiciones de estrés sirve como alerta sobre la posibilidad de que puedan jugar un papel importante en estos procesos”, dijo.
El siguiente paso será experimentar con plantas sometidas a varios tipos de estrés para investigar cómo se comportan los genes huérfanos en términos de expresión, en comparación con plantas no estresadas. Una vez que se confirmen los mejores genes candidatos, se podrán estudiar las aplicaciones biotecnológicas que impliquen su inserción en plantas comercialmente valiosas, lo que conducirá en el futuro a la posibilidad de desarrollar variedades de caña de azúcar más resistentes a las presiones ambientales.
«Destacamos esta posibilidad para cualquiera que quiera usar los datos del artículo para continuar la investigación, o para los científicos que trabajan con la transformación y edición de genes, que es un campo de investigación diferente, para elegir uno o dos genes como candidatos». y hacer la validación», dijo Cardoso-Silva, quien continúa trabajando con genómica en la Universidad Estatal del Norte de Río de Janeiro (UENF). «Mi investigación actual se centra en el aspecto evolutivo de la expansión de la familia de genes», explicó.
«Hoy tenemos CRISPR [la técnica de edición de genes], que ofrece a los profesionales de la biotecnología la oportunidad de seleccionar genes para la tolerancia a la sequía, la salinidad, el frío o el calor en un momento en que la resiliencia de los cultivos con menos insumos es primordial», dijo Souza.
Más información: Cláudio Benício Cardoso-Silva et al, Genes restringidos taxonómicamente están asociados con respuestas a estrés biótico y abiótico en caña de azúcar (Saccharum spp.),
Frontiers in Plant Science (2022). DOI: 10.3389/fpls.2022.923069
