El injerto agrícola se remonta a casi 3.000 años. Por ensayo y error, las personas de la antigua China a la antigua Grecia se dieron cuenta de que unir una rama cortada de una planta al tallo de otra podría mejorar la calidad de los cultivos.
Ahora, los investigadores del Instituto Salk y la Universidad de Cambridge han utilizado esta práctica antigua, combinada con la investigación genética moderna, para mostrar que las plantas injertadas pueden compartir rasgos epigenéticos, según un nuevo artículo publicado la semana del 18 de enero de 2016 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"El injerto es algo que se hace a menudo en el mundo comercial y, sin embargo, realmente no entendemos completamente las consecuencias para las dos plantas", dice Joseph Ecker, uno de los autores principales del artículo y director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk"Nuestro estudio mostró que la información genética en realidad fluye de una planta a otra. Esa es la sorpresa para mí".
Esa información genética compartida entre las plantas no es ADN, las dos plantas injertadas conservan sus genomas originales, pero la información epigenética se comunica dentro de la planta.
En epigenética, los marcadores químicos actúan sobre los genes existentes en el ADN de una planta o animal para activar o desactivar los genes. La epigenética puede determinar si una célula se convierte en una célula muscular o una célula de la piel y determinar cómo reacciona una planta a diferentes suelos, climas y enfermedades.
"En el futuro, esta investigación podría permitir a los productores explotar la información epigenética para mejorar los cultivos y los rendimientos", dice Mathew Lewsey, uno de los primeros autores del artículo y asociado de investigación de Salk.
Para rastrear el flujo de información epigenética, los equipos de Salk y Cambridge se centraron en pequeñas moléculas llamadas ARN pequeños o ARNs. Existen varios tipos de procesos epigenéticos, pero los ARNs contribuyen a un proceso de silenciamiento génico llamado metilación del ADN. En la metilación del ADN,los marcadores moleculares se unen a lo largo de la parte superior del ADN para impedir que la maquinaria de la célula lea o exprese los genes debajo de los marcadores moleculares.
Los estudios previos realizados por los miembros de Cambridge de este grupo de investigación han demostrado que los sRNA pueden moverse a través de plantas injertadas desde los brotes hasta las raíces. Por lo tanto, los investigadores diseñaron un experimento de injerto con tres variaciones de la planta Arabidopsis thaliana berro de thale. Dos variedades eran berro de thale de tipo salvaje, mientras que la tercera variedad era un mutante criado para carecer de sRNA de cualquier tipo.
Después de realizar cada injerto, los investigadores analizaron los brotes y el tejido radicular para buscar cambios en la metilación del ADN a lo largo de los diferentes genomas de las plantas. También confirmaron si los sRNA se estaban moviendo de las plantas de tipo salvaje a la variedad mutante que carecía de sRNA.
"Esta configuración nos permitió observar algo bastante único: en realidad estaban transmitiendo el equivalente epigenético de los alelos, llamados epialleles", dice Lewsey.
Un alelo es un gen que se comparte dentro de una especie, pero puede diferir de un individuo a otro, como el alelo para desarrollar la enfermedad de Huntington. En este caso, los investigadores estaban buscando sitios a lo largo del epigenoma de las plantas que eran alelosalterado por el proceso epigenético. En otras palabras: epialleles.
"Debido a que las dos plantas de tipo silvestre variaron en su epigenética a lo largo de sus genomas, pudimos observar cómo el injerto de un brote en las raíces puede transmitir epialleles de una planta a otra", dice Lewsey.
David Baulcombe, autor principal del artículo, reconoce que los nuevos hallazgos no fueron totalmente inesperados. El trabajo anterior a menor escala había indicado que los sRNA podían moverse y mediar en el cambio epigenético en el tejido receptor.
"Sin embargo, lo inesperado fue la escala de los cambios debidos al ARN móvil", dice Baulcombe, del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de Cambridge.
Miles de sitios a lo largo del genoma del berro thale fueron silenciados por sRNAs. Al examinar la ubicación de estos epialleles, los investigadores pudieron comenzar a encontrar pistas sobre su propósito. Los epialleles observados en el experimento a menudo silenciaron áreas del genoma llamadas elementos transponibleso transposones.
Los transposones forman parte del llamado ADN oscuro, o la gran parte de un genoma que no codifica genes. Originalmente llamados "genes saltadores", los transposones pueden moverse de arriba a abajo del genoma para influir en la expresión de los genescerca. Muchos de los transposones dirigidos por los sRNAs en el experimento estaban muy cerca de los genes activos.
A pesar de este silenciamiento de los transposones, solo hubo pequeños cambios en la expresión génica entre las plantas de tipo salvaje y la planta mutante que carecía de sRNA.
"Creemos que esto se debe a la naturaleza compacta de la A. thaliana genoma ", dice Lewsey." Es probable que mudarse a una especie con un genoma más grande y transposones más activos muestre una mayor diferencia ".
Gracias a las nuevas herramientas de edición de genes, será posible realizar experimentos de injerto similares con los genomas más complicados de cultivos populares.
"En otras plantas con genomas más complejos, estos efectos se multiplicarán por cientos", dice Ecker, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes y de la Fundación Gordon y Betty Moore.
Baulcombe está de acuerdo en que es probable que los efectos epigenéticos del ARN móvil sean mucho mayores con las plantas de cultivo que en las especies modelo utilizadas en el presente trabajo. Los dos grupos de investigación ahora están planeando una colaboración extendida para explorar estos efectos en tomates y otroscultivos
"Ya hay miles de otras diferencias epigenéticas entre las raíces y los brotes de una sola planta, y dos plantas injertadas también son genéticamente diferentes", dice Ecker. "Crear esa diferencia epiallele en las raíces es algo realmente nuevo parala planta."
Lewsey y Thomas J. Hardcastle de la Universidad de Cambridge contribuyeron igualmente al artículo. Otros autores del trabajo fueron Charles Melnyk y Attila Molnar de la Universidad de Cambridge; y Adrián Valli, Mark A. Urich y Joseph R. Nery deEl Instituto Salk.
La financiación del trabajo fue proporcionada por la Unión Europea Marie Curie International Outgoing Fellowship, la Fundación Gordon y Betty Moore, la National Science Foundation, la Clare College Junior Research Fellowship, la Fundación Gatsby Charitable, el Proyecto Colaborativo de la Unión Europea Grant ANEAS y unSubvención del investigador avanzado del Consejo Europeo de Investigación.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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