Al analizar el ADN de diferentes células en casi 200 líneas de plantas de maíz, una investigación dirigida por la Universidad de Michigan ha revelado hallazgos que podrían ayudar a los agricultores a adaptar mejor sus cultivos a un entorno que cambia rápidamente.

El nuevo estudio, encabezado por Alexandre Marand, descubre información previamente oculta sobre la actividad de los genes dentro de distintos tipos de células. Esto brinda un contexto esencial para comprender mejor cómo la biología molecular de un linaje se relaciona con sus características visibles, o fenotipo. Esto incluye rasgos como el número de mazorcas que produce una planta y el tamaño que alcanzan.

“Una de las cosas que me parece realmente sorprendente es que, hace quizá una década, cuando comenzaron a publicarse este tipo de estudios, solo intentábamos asociar un cambio genético con cómo variaban los fenotipos”, explicó Marand, profesor asistente de biología molecular, celular y del desarrollo en la U-M. “Lo que demuestra este estudio es que, en realidad, la mayor parte de la variación fenotípica proviene de cambios en la regulación de un gen: cuándo se expresa, dónde se expresa y en qué cantidad”.

Otra forma de verlo es que existía una desconexión, en una etapa intermedia, entre nuestro entendimiento de la genética vegetal y las características de la planta.

Los científicos lograron secuenciar por primera vez el genoma completo del maíz hace más de 15 años y, desde entonces, han desarrollado la capacidad de detectar incluso diferencias sutiles en el código genético entre especímenes. Sin embargo, estas diferencias a nivel molecular muchas veces no explicaban las variaciones a gran escala que más importan a los agricultores.

Fue así como los investigadores comenzaron a sospechar que la forma en que diferentes células utilizaban esos genes podría ser clave. Aunque todas las células de un organismo comparten los mismos genes, cada tipo celular los emplea de manera distinta.

“En los últimos cinco años, más o menos, la capacidad de los científicos para investigar los genes de las plantas en un contexto celular realmente despegó”, dijo Marand. Y el nuevo estudio de su equipo, publicado en la revista Science, es el paso más reciente y significativo en esta prometedora tendencia.

“Se trata realmente de conectar los puntos”, explicó Marand, quien inició este trabajo hace algunos años como investigador posdoctoral en la Universidad de Georgia. Ahora, el estudio ha cruzado la meta gracias, en gran parte, a dos investigadores posdoctorales de su propio laboratorio en la U-M: Luguang Jiang y Fabio Gomez-Cano.

“Ahora que podemos hacer esas conexiones, podemos analizar por separado los diferentes contextos celulares y empezar a integrar todo para optimizar las plantas o algún rasgo que nos interese”, dijo Marand.

Es como tener un auto, explicó, donde antes sabíamos qué partes tenía y para qué servían, pero no cómo funcionaban. Obtener esta información nos da una nueva perspectiva sobre el funcionamiento del auto completo, en este caso, la planta de maíz, y abre nuevas oportunidades para mejorar su rendimiento.

También ayuda a comprender mejor cómo ajustar el funcionamiento de un componente influye en los demás dentro del sistema.

“Esto realmente ayuda con las predicciones”, explicó Marand. “Nos permite preguntar de antemano: ‘Si hacemos cambios, ¿serán aditivos o incluso sinérgicos?’ ¿Será uno más uno igual a dos? ¿O tal vez diez… o incluso menos veinte?”

Este trabajo también ayuda a adelantarse en identificar dónde están las mejores oportunidades de sinergia. El maíz se originó en las regiones tropicales del planeta y ha evolucionado en variedades que ahora pueden tolerar incluso el clima más templado de Michigan.

Al estudiar tantas variedades distintas de maíz, este nuevo estudio arrojó mucha luz sobre los cambios evolutivos, ayudando a entender cómo el maíz se transformó mientras los agricultores seleccionaban las plantas de mejor rendimiento en su entorno.

“Lo que descubrimos es que muchos de esos cambios involucraron modificaciones en las secuencias regulatorias que estábamos estudiando, y tienen consecuencias únicas en tipos de células muy específicas”, explicó Marand. “Podemos usar esa información para seguir mejorando las plantas y hacer que el maíz sea más adaptable a diferentes climas”.

Investigadores de la Universidad de Georgia y de la Universidad de Múnich también contribuyeron al estudio, el cual recibió apoyo de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) y la Oficina de Investigación de la Universidad de Georgia.

Escrito por Matt Davenport de Michigan News, traducido al español por Juan Ochoa de Michigan News.

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