Las espinas de las rosas, las berenjenas o las uvas del desierto tienen la misma base gen¨¦tica

Hace m¨¢s de 400 millones de a?os, algunas plantas, como las antecesoras de las rosas, desarrollaron una estrategia para protegerse de los herb¨ªvoros: las espinas. Proyectadas desde el fruto, las hojas o los tallos, la defensa tuvo tal ¨¦xito que se extendi¨® por todo el reino vegetal. Eso le complic¨® la vida a los animales. Pero, m¨¢s adelante, tambi¨¦n a los humanos en sus distintos procesos de domesticaci¨®n. Ahora, un amplio grupo de cient¨ªficos de todo el mundo, con destacada presencia espa?ola, ha identificado el gen que est¨¢ detr¨¢s de estos pinchos o p¨²as. Han confirmado su eliminaci¨®n en berenjenas espinosas, en rosas y en frutos apreciados pero casi imposibles ni siquiera de recoger. El hallazgo abre las puertas a la imaginaci¨®n, tanto mejorando especies ya cultivadas, como aprovechando otras hasta ahora impensables.

Esta historia empieza en Valencia con unas berenjenas. En el Instituto Universitario de Conservaci¨®n y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana, de la Universitat Polit¨¨cnica de Val¨¨ncia (UPV), llevan a?os mejorando la gen¨¦tica de la berenjena (Solanum melongena). Aunque hay algunas sin espinas, incluso en estado silvestre, la mayor parte son extremadamente espinosas y la exigencia a la hora de recoger la mayor¨ªa de las cultivadas no llega a los supermercados. De ah¨ª el inter¨¦s en las berenjenas sin espinas. Mediante el cruce buscaban identificar los marcadores moleculares asociados a la espinescencia y, tras ellos, el gen potencialmente responsable. Tras una serie de cruzamientos entre una especie silvestre que tiene muchas espinas con otras sin ellas, al cruzar el h¨ªbrido con el parental sin espinas vieron una segregaci¨®n perfecta 1 a 1, la mitad con y la otra mitad sin, confirmando la base gen¨¦tica. A partir de uno de estos cruces, realizaron la autofecundaci¨®n de unas 700 plantas y lograron acotar la zona donde estaba el gen.

¡°Fue en ese momento cuando en un seminario online entramos en contacto con investigadores del Cold Spring Harbor Laboratory (Estados Unidos), que trabajan en el campo de la neodomesticaci¨®n [los planes modernos para domesticar especies a¨²n silvestres]. Y si la que te interesa tiene espinas, lo primero que debes hacer es quit¨¢rselas¡±, dice el biotecn¨®logo de la UPV, Jaime Prohens, uno de los responsables de esta ambiciosa investigaci¨®n publicada en la revista Science. El gen identificado como responsable de las espinas de las berenjenas interviene en la expresi¨®n de las citoquininas, hormonas vegetales con un papel clave en la divisi¨®n y diferenciaci¨®n de las c¨¦lulas vegetales.

Las berenjenas pertenecen al g¨¦nero Solanum, el mismo que el de las patatas y los tomates. Pero hay espinas en otros muchos g¨¦neros muy alejados de estas en el ¨¢rbol de la vida, desde los cereales hasta las rosas. Aqu¨ª es donde entran los investigadores del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) y bot¨¢nicos de otros grupos punteros en otros g¨¦neros vegetales. Empezaron a confirmar el papel de este gen con parientes lejanos de las berenjenas que crecen en zonas tan distantes como el oeste africano, la pen¨ªnsula del Yucat¨¢n (M¨¦xico) o una especie de lulo silvestre propio de Sudam¨¦rica. Las tres presentan mutaciones en el mismo gen identificado en las berenjenas.

Consultando otras investigaciones, confirmaron que mutaciones en genes similares (hom¨®logos) tambi¨¦n aparec¨ªan relacionadas con la p¨¦rdida de proyecciones espinosas en muchas especies de po¨¢ceas, como el arroz o la cebada. Y acabaron llegando a las rosas. Entre estas, hay unas pocas sin espinas, como el rosal de Wichura. De nuevo, la ausencia de pinchos aparec¨ªa relacionada con mutaciones en el mismo gen. Para confirmarlo, otro grupo de cient¨ªficos, estos basados en Francia, usaron una t¨¦cnica de edici¨®n gen¨¦tica para silenciar el gen de inter¨¦s en un cultivar muy espinoso, la rosa china. El resultado fue que la mayor¨ªa de los nuevos rosales apenas desarrollaban espinas (ver fotograf¨ªas). Yendo m¨¢s all¨¢, otro equipo, esta vez estadounidense, recurri¨® al cortapega gen¨¦tico CRISPR para quitarle las espinas a las uvas del desierto (Solanum cleistogamum), una especie que los abor¨ªgenes australianos han consumido como pasas durante milenios a pesar de sus imponentes espinas y para el que se viene buscando una forma de domesticarlo.

Para Zachary Lippman, investigador del CSHL, estamos ante uno de los mayores casos de convergencia evolutiva entre especies que divergieron hace millones de a?os y acabaron encontrando la misma soluci¨®n a problemas similares. Esta fue una de las grandes aportaciones de Charles Darwin cuando postul¨® en su teor¨ªa de la Evoluci¨®n que, ante presiones selectivas similares, especies distantes podr¨ªan desarrollar adaptaciones parecidas de forma independiente. Lo que no pod¨ªa saber Darwin es que ¡°en el caso de las espinas, parece que la base gen¨¦tica ya exist¨ªa previamente en las especies en las que surgieron¡±, dice Lippman, autor s¨¦nior de este trabajo colectivo.

Las posibles implicaciones de este descubrimiento podr¨ªan ser enormes. Una es lo que Pietro Gramazio, de la Universitat Polit¨¨cnica de Val¨¨ncia y tambi¨¦n coautor llama de ciencia b¨¢sica. ¡°La mayor parte de las especies modelo no tienen espinas¡±, recuerda. La Arabidopsis thaliana, la planta del tabaco, la del tomate o las petunias son a la investigaci¨®n vegetal lo que los ratones, ratas y macacos a la animal. Y ninguna tiene espinas. ¡°Y quitando las rosas, el otro cultivo importante, los dem¨¢s econ¨®micos m¨¢s importantes o plantas modelo no tienen espinas y eso tiene su impacto¡±, a?ade. Es como si los cient¨ªficos llevaran d¨¦cadas tapando uno de sus ojos.

El descubrimiento de la base gen¨¦tica de la espinescencia podr¨ªa revitalizar muchas ramas de la agricultura. Como recuerda Jaime Prohens, ¡°ya no es solo que te pinches t¨² o que se pinche el consumidor, sino que los propios frutos que tienen espinas, se pinchan unos con otros al envasarlos y eso genera muchas p¨¦rdidas¡±. M¨¢s importante a¨²n: ¡°facilitar¨¢ el desarrollo de variedades sin espinas de forma mucho m¨¢s eficiente, e incluso, la domesticaci¨®n de nuevas especies que hasta ahora no se hab¨ªa podido hacer, que ni siquiera se hab¨ªa intentado porque ten¨ªan muchas espinas y eran imposibles de cultivar¡±, a?ade.

Elizabeth Kellogg es investigadora principal en el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth (Estados Unidos). No ha participado en esta investigaci¨®n, pero s¨ª ha tenido ocasi¨®n de revisarla. Para ella, ¡°este trabajo abre la puerta a la producci¨®n de nuevos cultivos a partir de especies que antes se consideraban indeseables debido a sus espinas¡±. Pero destaca sobre todo que, por lo que han descubierto, la modificaci¨®n o supresi¨®n de las mutaciones responsables no parecen afectar a otras posibles funciones que tuviera el gen ¡°La edici¨®n es atractiva porque los efectos son muy precisos. El cultivo potencial queda desarmado, pero por lo dem¨¢s inalterado¡±, dice Kellogg.

A¨²n quedan muchas inc¨®gnitas. Unas las apunta Lippman, el autor s¨¦nior: ¡°Todav¨ªa no entendemos por qu¨¦, a pesar de lo que parece haber un camino f¨¢cil para obtener las espinas, otras especies no las han desarrollado¡±. Adem¨¢s, hay muchos tipos de espinas, por su forma y, en especial, por su origen y habr¨¢ que determinar si en todas ellas la base gen¨¦tica es la misma. Adem¨¢s, hay espinas que, si¨¦ndolo, no lo son, como las de los cactus.

Tyler Coverdale, profesor en la Universidad de Notre Dame (Estados Unidos), ha dedicado la mayor parte de su labor investigadora a estudiar todos los tipos de espinas vegetales. ¡°Es un interesante experimento mental imaginar si el mundo tendr¨ªa plantas espinosas si no hubiera herb¨ªvoros. Pero hay una gran cantidad de pruebas que sugieren que, como m¨ªnimo, tendr¨ªamos muchas menos plantas con espinas, p¨²as o pinchos porque muchos de los linajes espinosos se diversificaron en respuesta al surgimiento de los herb¨ªvoros mam¨ªferos¡±. De hecho, varios trabajos realizados en la sabana africana muestran que all¨ª donde hay m¨¢s animales fit¨®fagos, existe una mayor diversidad de especies espinosas.

Pero Coverdale recuerda enseguida que estas defensas f¨ªsicas podr¨ªan haber surgido para cubrir otras necesidades: ¡°Pueden ayudar a trepar, a regular la temperatura o a minimizar la p¨¦rdida de agua¡±, dice. Hay especies como la victoria amaz¨®nica, un gigantesco nen¨²far, que usa las espinas para desplazar a sus rivales. En los cereales, sirven para que las semillas se enganchen a las patas de los p¨¢jaros y facilitar su propagaci¨®n. Y quedan los cactus, el otro gran grupo espinoso. ¡°Son un caso interesante y muchos los se?alan como evidencia de una espinescencia que evolucion¨® en respuesta al estr¨¦s h¨ªdrico en lugar de a la herbivor¨ªa¡±, recuerda el investigador estadounidense. Y es que ¡°las espinas de los cactus son hojas muy reducidas, que estar¨ªan sujetas a una enorme p¨¦rdida de agua en los desiertos si fueran m¨¢s parecidas a las hojas a las que estamos acostumbrados en las plantas de clima templado¡±. Pero, completa, ¡°tambi¨¦n sirven para fines defensivos, tanto contra los animales que se los comen como contra los p¨¢jaros que anidan en los cactus creando huecos en sus troncos¡±.

Por todo ello, Covedale destaca la relevancia del trabajo que empez¨® con las berenjenas: ¡°Los conocimientos que han obtenido sobre el mecanismo gen¨¦tico que subyace a la espinescencia en este g¨¦nero econ¨®mica y ecol¨®gicamente importante es un avance significativo, y uno que probablemente inspirar¨¢ una gran cantidad de maravillosos trabajos de seguimiento¡±.

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