La variación epigenética, al igual que la variación genética, puede heredarse e influir en los rasgos a lo largo de las generaciones. Sin embargo, la variación epigenética no implica cambios en la secuencia genética que compone el ADN.
En cambio, al igual que la puntuación y los resaltados en un texto, estos marcadores epigenéticos y modificaciones en el genoma pueden influir en cómo se expresa la secuencia genética , por ejemplo, activando y desactivando genes en respuesta a desencadenantes ambientales.
Si podemos aprovechar el conocimiento de esta área cada vez más influyente de la genética, podremos aumentar enormemente la paleta de diversidad disponible para investigadores y mejoradores en su búsqueda de nuevas características para hacer que los cultivos sean más resilientes al clima y a las enfermedades.
Estudios previos habían demostrado que la metilación del ADN es un proceso epigenético hereditario en plantas y que el gen MET1-1 es importante para ello.
Sin embargo, los efectos de este gen han sido difíciles de estudiar en plantas porque el uso de técnicas de ingeniería genética para eliminar o «eliminar» el gen da como resultado la muerte de las plantas.
Para resolver este problema, el grupo de la Dra. Philippa Borrill en el Centro John Innes recurrió al genoma notoriamente complejo del trigo, porque tiene tres copias del gen.
En un estudio disponible en el servidor de preimpresiones bioRxiv , utilizaron una técnica llamada mutagénesis para eliminar algunas, pero no todas, las copias del gen y observar los efectos.
Descubrieron que algunos de estos mutantes epigenéticos parciales presentaban una metilación del ADN alterada, lo cual presentaba interesantes rasgos hereditarios que podrían aplicarse al fitomejoramiento. Por ejemplo, identificaron una planta con un tiempo de floración alterado, un rasgo importante para la adaptación del trigo a diferentes entornos de cultivo.
El equipo observó diferentes rasgos dependiendo de cuántos genes fueron eliminados, aunque eliminar las tres copias del gen seguía siendo letal.
Un aspecto sorprendente fue que el recuento de polen y la fertilidad de las plantas no se vieron afectados por los cambios en la metilación del ADN.
Se han propuesto mutantes epigenéticos como una nueva forma de mejorar la variación genética , pero la falta de mutantes epigenéticos ha impedido la aplicación del método en el mundo real.
«Estos son los primeros mutantes epigenéticos en el trigo», observa el Dr. Borrill, líder del grupo. «Nuestro estudio demuestra que el complejo genoma del trigo, que en el pasado solía ser un obstáculo, puede ser beneficioso».
Gracias a que posee múltiples copias del gen MET1, podemos cultivar mutantes parciales que nos brindan un equilibrio ideal, con alteraciones parciales en plantas sanas. Esto no ha sido posible en otros cultivos con genomas diploides menos complejos.
El avance del grupo de Borrill en el uso de mutantes parciales podría aplicarse en otros cultivos de plantas y en otros genes para los cuales la eliminación de genes mediante edición genética ha resultado letal.
La epigenética es un área emergente y cada vez más influyente de las ciencias de la vida. Al aplicarla a los cultivos, se abre la puerta a la creación de variaciones en ellos mediante la variación epigenética, como lo hemos hecho durante miles de años mediante la variación genética.
Podemos pensar en la variación genética del genoma como algo similar a alterar palabras específicas en el capítulo de un libro. En cambio, la variación epigenética no modifica las palabras en sí. Es más bien como resaltar palabras específicas o añadir un marcador en el capítulo. Esto nos da mayor flexibilidad para alterar el genoma y, eventualmente, las características de las plantas —explicó el Dr. Borrill—.
El grupo ahora está investigando exactamente por qué surgen nuevos rasgos en los mutantes MET1 y en qué medida estos cambios observables están influenciados por deleciones o son causados directamente por cambios de metilación.
Los experimentos también examinarán si los cambios son estables a lo largo de las generaciones, lo que es esencial para su uso en el mejoramiento de cultivos.
Más información: Samuel Burrows et al., La redundancia parcial amortigua los efectos nocivos de la mutación de la ADN metiltransferasa 1-1 (MET1-1) en trigo poliploide, bioRxiv (2024). DOI: 10.1101/2024.07.26.605257
