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| Photo by Joyce Romero on Unsplash |
La manipulación del ARN puede permitir que las plantas rindan mucho más, además de aumentar la tolerancia a la sequía, anunció un grupo de científicos de la Universidad de Chicago, la Universidad de Pekín y la Universidad de Guizhou.
En las pruebas iniciales, la adición de un gen que codifica una proteína llamada FTO a las plantas de arroz y patata aumentó su rendimiento en un 50% en las pruebas de campo. Las plantas crecieron mucho más, produjeron sistemas radiculares más largos y toleraron mejor el estrés de la sequía. Los análisis también mostraron que las plantas habían aumentado su tasa de fotosíntesis.
"El cambio es realmente espectacular", afirma el profesor de la Universidad de Chicago Chuan He, que, junto con el profesor Guifang Jia de la Universidad de Pekín, dirigió la investigación. "Es más, funcionó con casi todos los tipos de plantas con los que lo hemos probado hasta ahora, y es una modificación muy sencilla de hacer".
Los investigadores se muestran esperanzados sobre el potencial de este avance, especialmente ante el cambio climático y otras presiones sobre los sistemas de cultivo en todo el mundo.
"Esto realmente ofrece la posibilidad de diseñar plantas para mejorar potencialmente el ecosistema a medida que avanza el calentamiento global", dijo He, que es el Profesor de Servicio Distinguido John T. Wilson de Química, Bioquímica y Biología Molecular. "Dependemos de las plantas para muchísimas cosas -desde la madera, los alimentos y la medicina, hasta las flores y el aceite- y esto ofrece potencialmente una forma de aumentar el material de reserva que podemos obtener de la mayoría de las plantas".
El arroz, a empujones
Durante décadas, los científicos han trabajado para impulsar la producción de cultivos ante un clima cada vez más inestable y una población mundial creciente. Pero estos procesos suelen ser complicados y a menudo solo dan lugar a cambios graduales.
La forma en que se produjo este descubrimiento fue muy diferente.
Muchos de nosotros recordamos el ARN de la biología de la escuela secundaria, donde nos enseñaron que la molécula de ARN lee el ADN y luego fabrica proteínas para llevar a cabo las tareas. Pero en 2011, el laboratorio de He abrió todo un nuevo campo de investigación al descubrir las claves de una forma diferente en que se expresan los genes en los mamíferos. Resulta que el ARN no se limita a leer el proyecto de ADN y llevarlo a cabo a ciegas; la propia célula también puede regular qué partes del proyecto se expresan. Lo hace colocando marcadores químicos en el ARN para modular qué proteínas se producen y cuántas.
Él y sus colegas se dieron cuenta inmediatamente de que esto tenía importantes implicaciones para la biología. Desde entonces, su equipo y otros en todo el mundo han tratado de profundizar en la comprensión del proceso y en lo que afecta a los animales, las plantas y las diferentes enfermedades humanas; por ejemplo, He es cofundador de una empresa de biotecnología que está desarrollando nuevos medicamentos contra el cáncer basados en la modificación de las proteínas del ARN.
Él y Guifang Jia, un antiguo investigador postdoctoral de la UChicago que ahora es profesor asociado de la Universidad de Pekín, empezaron a preguntarse cómo afectaba a la biología de las plantas.
Se centraron en una proteína llamada FTO, la primera proteína conocida que borra las marcas químicas del ARN, que Jia encontró como investigador postdoctoral en el grupo de He en la UChicago. Los científicos sabían que funcionaba en el ARN para afectar al crecimiento celular en humanos y otros animales, así que probaron a insertar el gen de esta proteína en plantas de arroz, y luego vieron con asombro cómo las plantas despegaban.
"Creo que en ese momento todos nos dimos cuenta de que estábamos haciendo algo especial", dijo.
Las plantas de arroz crecieron tres veces más en condiciones de laboratorio. Cuando lo probaron en pruebas reales de campo, las plantas crecieron un 50% más de masa y produjeron un 50% más de arroz. Crecían con raíces más largas, hacían la fotosíntesis de forma más eficiente y soportaban mejor el estrés de la sequía.
Los científicos repitieron los experimentos con plantas de patata, que forman parte de una familia completamente diferente. Los resultados fueron los mismos.
"Eso sugería un grado de universalidad que resultaba muy emocionante", dijo.
Los científicos tardaron más tiempo en empezar a entender cómo sucedía esto. Otros experimentos demostraron que la FTO empezaba a funcionar en una fase temprana del desarrollo de la planta, impulsando la cantidad total de biomasa que producía.
Los científicos creen que la FTO controla un proceso conocido como m6A, que es una modificación clave del ARN. En este escenario, la FTO actúa borrando el ARN m6A para amortiguar algunas de las señales que indican a las plantas que deben frenar y reducir su crecimiento. Imagínese una carretera con muchos semáforos; si los científicos tapan las luces rojas y dejan las verdes, cada vez pueden circular más coches por la carretera.
En general, las plantas modificadas produjeron mucho más ARN que las plantas de control.
Modificación del proceso
El proceso descrito en este trabajo implica el uso de un gen FTO animal en una planta. Pero una vez que los científicos comprendan plenamente este mecanismo de crecimiento, He cree que podría haber formas alternativas de conseguir el mismo efecto.
"Parece que las plantas ya tienen esta capa de regulación, y todo lo que hicimos fue aprovecharla", dijo. "Así que el siguiente paso sería descubrir cómo hacerlo utilizando la genética existente de la planta".
Se imagina todo tipo de usos en el futuro, y está trabajando con la universidad y el Centro Polsky de Emprendimiento e Innovación para explorar las posibilidades.
"Incluso más allá de los alimentos, hay otras consecuencias del cambio climático", dijo He. "Tal vez podríamos diseñar hierbas en zonas amenazadas que puedan resistir la sequía. Tal vez podríamos enseñar a un árbol del Medio Oeste a echar raíces más largas, para que sea menos probable que se caiga durante las tormentas fuertes. Hay muchas aplicaciones potenciales".
Fuentes, créditos y referencias:
Más información: La desmetilación del ARN aumenta el rendimiento y la biomasa de las plantas de arroz y patata en ensayos de campo, Nature Biotechnology, DOI: 10.1038/s41587-021-00982-9 , www.nature.com/articles/s41587-021-00982-9