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Estudian contribuciones maternas y paternas a nivel genético en semillas de Arabidopsis thaliana

En las primeras etapas del desarrollo de la semilla de la planta Arabidopsis thaliana los genes provenientes de la madre y del padre no se expresan de manera uniforme: los genomas parentales no influyen al mismo nivel durante el desarrollo embrionario de su progenie, teniendo más relevancia la contraparte materna.

Se trata de un fenómeno por demás interesante porque amplía el conocimiento sobre regulación de la expresión genética; ahora se sabe, por ejemplo, lo que pasa en particular en el desarrollo embrionario, pero se desconoce aún el mecanismo por el cual ocurre.

Gerardo Del Toro De León es un científico dentro de la comunidad de investigadores dedicados a estudiar el desarrollo, crecimiento y floración de esta planta, y por sus investigaciones sobre el desarrollo embrionario de la especie, específicamente, se hizo acreedor del Premio Weizmann 2017, en el área de ciencias naturales, por su tesis Análisis genético y genómico de la expresión de origen parental en el desarrollo embrionario de Arabidopsis thaliana.

En la actualidad, el doctor en biotecnología vegetal trabaja en colaboración con la investigadora Claudia Köhler, en el Laboratorio de epigenética y genética de desarrollo en semillas, de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas, donde realiza un posdoctorado. “Aquí estamos interesados en conocer los mecanismos de aislamiento reproductivo entre plantas”, señaló.

Un trabajo que inició en Langebio

Previo a su trabajo en Suecia, Del Toro hizo investigación en el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (Langebio), del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, donde se enfocó en estudiar la expresión a nivel genético, a nivel de transcritos (de genes codificantes del ADN), cuantificando y evaluando qué tanta expresión había de alelos maternos y alelos paternos (un alelo, según su definición, es cada una de la dos o más versiones de un gen: un individuo hereda dos alelos para cada gen, uno del padre y otro de la madre).

“La tesis sometida a la convocatoria de los Premios Weizmann tuvo como objetivo evaluar a nivel genético y genómico la relevancia de las contribuciones maternas y paternas. Aunado a esto, los datos del trabajo también arrojaron que las semillas híbridas muestran diferencias significativas al presentar contribuciones más equivalentes que en fondos no híbridos”, apuntó.

La investigación contribuye al conocimiento de la regulación genética en semillas híbridas, que son la base de la agricultura moderna. Estudios como estos aportan al conocimiento de fenómenos como el vigor híbrido, hasta ahora poco entendido.

Muchos híbridos presentan características que son consideradas superiores a las de sus parentales (fenómeno conocido como vigor híbrido), lo cual es ampliamente aprovechado en la agricultura, sin embargo, este fenómeno no se ha logrado entender por completo. Una de las aplicaciones que se ha planteado Gerardo Del Toro y el grupo con el que colabora alrededor de esta investigación, es que se puede conocer desde el primer momento —desde que se forma el híbrido— la forma en que los genes se están expresando y si la expresión diferencial (de la parte materna y paterna) tiene algún efecto en el híbrido.

“Esto es relevante — dijo el científico—porque la mayoría de los estudios que existen están hechos en híbridos adultos y muy pocos desde su fecundación para buscar un patrón básico. Los resultados de este trabajo están parcialmente publicados y el resto está en preparación para ser sometido a evaluación para su publicación.

Del Toro De León destacó en entrevista con la Academia Mexicana de Ciencias, organización que junto con la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias otorgan el premio, que todo el desarrollo de su tesis fue gracias a la investigación que realizó en Langebio, donde lo primero que ocurrió fue saber en qué momento se activa el genoma cigótico, genoma que se forma a partir de la fecundación, proceso en el que se presenta una parte materna y una paterna, tal y como pasa en los humanos.

“Estábamos interesados en saber si la activación del genoma cigótico era específica hacia alelos maternos o paternos, porque cuando empecé este trabajo había una controversia en este campo”, expuso.

A nivel genético se utilizaron una gran variedad de mutantes que tuviese ciertos fenotipos en el desarrollo embrionario, la hipótesis era que si estos mutantes podían ser complementados con alelos wild type (silvestres), ya sea maternos o paternos, se podría inferir en qué momento ocurría la activación del genoma cigótico a nivel funcional, porque también se puede cuantificar a nivel de transcrito, lo cual hizo después Del Toro en colaboración con un grupo en Canadá.

Lo que se vio en el estudio genético, refirió el biólogo, es que la mayoría de los transcritos que están expresados son de origen materno, aunque hay una contribución paterna; se ve que el cigoto y los primeros estadios del embrión tienen más a abundancia de trascripción de alelos que provienen de la madre.

Padre y madre en plantas

“La tesis sometida a la convocatoria de los Premios Weizmann tuvo como objetivo evaluar a nivel genético y genómico la relevancia de las contribuciones maternas y paternas. Aunado a esto, los datos del trabajo también arrojaron que las semillas híbridas muestran diferencias significativas al presentar contribuciones más equivalentes que en fondos no híbridos”, apuntó.

Arabidopsis es una planta hermafrodita, la flor posee estructuras femeninas y masculinas, por lo que para realizar el experimento el investigador retiró los órganos masculinos con el fin de controlar la polinización.

“Las plantas mutantes que veníamos usando como madres las emasculamos (proceso por el que se extraen los estambres de la flor antes de que esta abra) y después las polinizamos con polen proveniente de plantas no mutantes, ese fue el trabajo que más tiempo llevó; después se colectaron uno, dos y tres días después de la polinización, de esta manera los embriones pudieron tener una ventana amplia del desarrollo y nosotros la oportunidad de analizar los fenotipos en el microscopio y así conseguir los resultados”, explicó Gerardo Del Toro.