Primer paso para desentra?ar los genes de una planta

Si se cumplen los planes, una hierba que se usa como condimento para ensaladas en algunos pa¨ªses n¨®rdicos, pasar¨¢ a la historia por ser la primera planta con todo el c¨®digo gen¨¦tico descrito. Un equipo de cient¨ªficos del Centro de Investigaci¨®n y Desarrollo de Barcelona trabaja desde hace tres a?os en la secuenciaci¨®n del genoma completo de Arabidopsis thaliana, una peque?a planta anual de la familia de las cruc¨ªferas. No lo hacen solos, ya que participan 21 centros de investigaci¨®n. Los primeros resultados del trabajo, que se refieren ¨²nicamente al 2% del genoma, se publicaron el pasado 29 de enero en la revista Nature.El art¨ªculo est¨¢ firmado por 68 autores de 21 centros de investigaci¨®n de Estados Unidos, Jap¨®n y Europa. El ¨²nico grupo espa?ol entre los firmantes es el CID de Barcelona, del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas, y el bi¨®logo molecular Pere Puigdom¨¦nech es el responsable del trabajo en Espa?a.

Los an¨¢lisis de este primer porcentaje, seg¨²n el investigador, dan suficiente informaci¨®n sobre qu¨¦ funciones tienen los genes en esta planta y, por extensi¨®n, en la mayor parte de los vegetales. Por el momento, este porcentaje representa tambi¨¦n el mayor segmento del genoma de una planta que se ha logrado secuenciar.

La secuenciaci¨®n del genoma de Arabidopsis empez¨® hace tres a?os bajo los auspicios de la Direcci¨®n General de Ciencias de la Vida de la Uni¨®n Europea. En la actualidad, el fragmento secuenciado supera con creces el 2% publicado, que corresponde a los trabajos finalizados el pasado verano, y se acerca al 15%.

Cinco a?os

Al ritmo actual se prev¨¦ completar el genoma en unos cinco a?os, lo cual implicar¨¢ disponer en una ¨²nica base de datos de los aproximadamente 100 millones de pares de bases que dan lugar a los 15.000 genes de esta planta. Esta es una cantidad muy inferior a la del genoma humano, que cuenta con unos 2.000 millones de pares de bases agrupadas en 80.000 genes, o el del ma¨ªz, tambi¨¦n con 2.000 millones de pares de bases, pero para tan s¨®lo 15.000 genes.El proceso de secuenciaci¨®n e Arabidopsis, seg¨²n Puigdom¨¦nech, es ilustrativo de los trabajos que se llevan a cabo en la actualidad en biolog¨ªa molecuar. "La secuenciaci¨®n", indica, les un trabajo que ahora tiene mucho de mec¨¢nico y que pronto se acabar¨¢" gracias al gran desarrollo de la bioinform¨¢tica y a la generaci¨®n de bases de datos que permiten mapear el genoma casi por homolog¨ªa. En su lugar, a?ade, aparecer¨¢ otra labor "m¨¢s interesante": identificar los genes y su funci¨®n.

Precisamente ¨¦ste ha sido el ¨¢rea que ha despertado mayores expectativas en el fragmento de genoma secuenciado. Se han identificado 389 genes, de los cuales cerca de la mitad, 209 exactamente, tienen una funci¨®n m¨¢s o menos conocida. Del resto no se sabe absolutamente nada. Por extrapolaci¨®n, dice el investigador, cuando se haya secuenciado todo su genoma, habr¨¢ entre 7.000 y 8.000 genes con una funci¨®n desconocida. Para la otra mitad, "de algunos sabremos algo y de otros tan s¨®lo lo intuiremos".

En el caso de Arabidopsis, y por analog¨ªa con el genoma de levadura ya completo, se han establecido 15 categor¨ªas para englobar la funci¨®n de los 209 genes, de las cuales 13 corresponden a grupos perfectamente identificados. Entre ellos, los involucrados en los procesos metab¨®licos, los mecanismos de defensa, el transporte interno de sustancias, la s¨ªntesis de prote¨ªnas, la formaci¨®n de la estructura celular o la obtenci¨®n de energ¨ªa. Los otros dos grupos corresponden a genes con una funci¨®n a¨²n poco clara o todav¨ªa por identificar.

Defensa y metabolismo

El an¨¢lisis revela que el 14% de los genes controla los mecanismos de defensa; el 10%, el metabolismo secundario, y el 15%, el mecanismo de transcripci¨®n, que es el encargado de regular la correcta duplicaci¨®n del c¨®digo gen¨¦tico en la divisi¨®n celular. Estas proporciones, que podr¨ªan extrapolarse a buena parte de los vegetales, especialmente a los m¨¢s pr¨®ximos en la escala filogen¨¦tica, son similares a las esperadas."Las plantas se defienden de las agresiones externas activando todos sus mecanismos de defensa", indica Puigdom¨¦nech. Ante la imposibilidad de huir o migrar ante una agresi¨®n, los vegetales desarrollan mecanismos propios, como generar resistencia a hongos, bacterias o virus y tambi¨¦n a condiciones clim¨¢ticas extremas.

Por otra parte, el metabolismo primario de la planta, responsable de la producci¨®n de az¨²cares, almidones y otras sustancias esenciales, ocupa al 22% de los genes.

M¨¢s all¨¢ de los resultados obtenidos, el trabajo con Arabidopsis se ha revelado especialmente importante por cuanto se ha podido demostrar su validez como modelo experimental para el mundo vegetal, del mismo modo que Drosophila melanogaster, la popular mosca del vinagre, lo es para el animal.

Se trata de una planta con tan s¨®lo 100 millones de pares de bases, con unos 15.000 genes contenidos en sus cinco ¨²nicos cromosomas, un ciclo de vida corto (de poco m¨¢s de 20 d¨ªas), de muy f¨¢cil manipulaci¨®n gen¨¦tica y con una gran cantidad de mutantes, lo que permite estudiar ampliamente sus caracter¨ªsticas gen¨¦ticas.

Ordenaci¨®n

Adem¨¢s, a?ade Puigdom¨¦nech, "las plantas acostumbran a tener ordenados sus genes de forma similar", con lo que, por analog¨ªa, puede pasarse del estudio de una especie a otra sin excesiva dificultad. "Para muchos cereales", dice este cient¨ªfico, "se ha deirnostrado que sus genomas pueden compararse".Las grandes diferencias entre especies podr¨ªan estar motivadas por el n¨²mero de pares de bases necesarias para dar lugar a un gen, la distancia entre ellos y, evidentemente, el n¨²mero que compone su genoma y las funciones que definen.

En cualquier cas¨®, se ha visto que en Arabidopsis los genes est¨¢n muy empaquetados, muy pr¨®ximos los unos a- los otros. Cada cuatro kilobases (4.000 pares de bases) hay un gen.

En el ma¨ªz, del que se han secuenciado peque?os fragmentos de su genoma, los genes est¨¢n mucho m¨¢s separados, probablemente debido a la "domesticaci¨®n" de la especie a lo largo de 10.000 a?os de agricultura.