Los genomas vegetales tambi¨¦n cuentan

A medida que m¨¢s se conoce m¨¢s se aprecia que las diferencias gen¨¦ticas entre el m¨¢s simple de los vegetales y el m¨¢s complejo de los animales no son tantas. Al menos eso parece si se observa con detalle el contenido gen¨¦tico de distintas especies y se comparan las funciones de sus genes con sus hom¨®logos en el reino animal. El genoma completo de la planta modelo Arabidopsis thaliana, cuya secuenciaci¨®n se publica ma?ana en la revista Nature con la participaci¨®n de dos grupos espa?oles, no hace sino confirmar esta insospechada similitud. El conocimiento del genoma completo de esta vulgar mala hierba, destacan los expertos, facilitar¨¢ no s¨®lo un mejor conocimiento del mundo vegetal, sino tambi¨¦n de c¨®mo se desarrollan y organizan los seres vivos en su conjunto.

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La publicaci¨®n del primer borrador del genoma humano, el pasado mes de junio, eclips¨® buena parte de los proyectos de secuenciaci¨®n actualmente en marcha en todo el mundo. Pero, por supuesto, no detuvo la marcha del casi medio centenar de mapas gen¨¦ticos en los que andan implicados un buen n¨²mero de cient¨ªficos. Gran parte de esos mapas corresponden a genomas de plantas, de los cuales el de Arabidopsis es, a fecha de hoy, el primero que se libera a la comunidad cient¨ªfica y va a abrir las puertas a nuevas aplicaciones de inter¨¦s agron¨®mico, ambiental, energ¨¦tico e industrial.Su secuenciaci¨®n ha sido posible tras ocho a?os de investigaci¨®n. Durante este tiempo, cient¨ªficos europeos, norteamericanos y japoneses han sumado esfuerzos a trav¨¦s de un consorcio p¨²blico que ha logrado echar tierra sobre los resultados obtenidos por Monsanto, la compa?¨ªa privada que dos a?os atr¨¢s anunci¨® disponer de esta misma secuencia, aunque con un nivel de fiabilidad muy inferior.

Nuevos paradigmas

El inter¨¦s estrat¨¦gico de Arabidopsis, en opini¨®n de Pere Puigdom¨¦nech, investigador del Instituto de Biolog¨ªa Molecular (CSIC) de Barcelona y coordinador de uno de los grupos que ha participado en su secuenciaci¨®n, est¨¢ fuera de toda duda. Por sus caracter¨ªsticas, esta peque?a planta de la familia de las cruc¨ªferas que en algunos pa¨ªses n¨®rdicos se emplea como condimento para ensaladas, se ha erigido en el modelo gen¨¦tico por excelencia en bot¨¢nica. Con un ciclo de vida de apenas tres semanas y un genoma suficientemente reducido y compacto, la descripci¨®n de su mapa gen¨¦tico va a aportar elementos clave para entender la distribuci¨®n y funci¨®n de genes en otras especies de alto valor econ¨®mico. Por ejemplo, del arroz, cuyo genoma completo se espera obtener en unos pocos a?os, o del ma¨ªz, el cereal, junto con el trigo, de mayor inter¨¦s estrat¨¦gico.

La descripci¨®n de sus mapas, completos o no, va a permitir "saltar de un genoma a otro" gracias, en buena medida, a lo que se ha aprendido con Arabidopsis. Para muchas especies vegetales, indica Puigdom¨¦nech, los mapas gen¨¦ticos son "pr¨¢cticamente id¨¦nticos". Y lo mismo puede decirse de la funci¨®n de sus genes. "La comparaci¨®n de genomas ofrece cada vez mayores similitudes". "Existe homolog¨ªa al menos en el 60% de los genes" a?ade Puigdom¨¦nech. Una homolog¨ªa, sin embargo, que no debe tomarse al pie de la letra pero que aclara mucho acerca de la evoluci¨®n de las especies y del papel que juegan los genes en ella.El caso es que, como explica Manuel P¨¦rez Alonso, coordinador en el Departamento de Gen¨¦tica de la Universidad de Valencia del segundo grupo espa?ol que ha participado en la secuenciaci¨®n de Arabidopsis, el n¨²mero de bases parece ser lo menos importante en cuanto al contenido de informaci¨®n. Dicho de otro modo, la magnitud del genoma es poco relevante en lo que a n¨²mero de genes se refiere y a sus funciones.

Arabidopsis, seg¨²n se describi¨® en 1999 tras la secuenciaci¨®n de sus cromosomas 2 y 4, apenas llega a 145 millones de pares de bases, cifra unas veinte veces menor que en el ser humano, el cual, a su vez, se sit¨²a entre los genomas del ma¨ªz y del guisante. No obstante, su n¨²mero de genes podr¨ªa rondar los 25.000, apenas un 30% inferior al n¨²mero de genes humanos.

Considerando sus funciones, alrededor de un 8% son coincidentes en animales y vegetales. En concreto, para los genes que controlan la formaci¨®n de la arquitectura celular interna o en determinadas ¨¢reas del metabolismo primario como la formaci¨®n de az¨²cares, l¨ªpidos y grasas. En cerca del 22% existe una enorme similitud, de modo que el mecanismo de acci¨®n que deriva de un gen es el mismo aunque la funci¨®n final sea distinta. "Un gen puede regular la formaci¨®n de un ojo en la mosca y de una hoja en Arabidopsis, pero lo hacen del mismo modo", aclara Puigdom¨¨nech. Finalmente, otro 30% presenta "alguna similitud" en prote¨ªnas que pueden ser "conocidas o no".

Entre el resto, en una proporci¨®n que podr¨ªa variar en los pr¨®ximos a?os, se encuentran los genes espec¨ªficos no s¨®lo de cada grupo vegetal o animal, sino tambi¨¦n las secuencias gen¨®micas que determinan las variantes dentro de una misma especie e, incluso, las diferencias individuales. Por ejemplo, los genes encargados de regular los mecanismos de defensa en vegetales, que ascienden a un sorprendente 14% en el cromosoma 4 de Arabidopsis. "Las plantas", dice el investigador del CSIC, "s¨®lo cuentan con sus genes para defenderse".

Como consecuencia de este conocimiento, opina Puigdom¨¨nech, "empezamos a entender la evoluci¨®n" la cual no puede escribirse s¨®lo con mutaciones. "No hay tiempo" para acumular las mutaciones necesarias para pasar de una especie a otra y, adem¨¢s tan diferentes. Del mismo modo, el uso habitual de poliploid¨ªa (duplicaci¨®n del genoma) habr¨ªa contribuido de forma clara a esa evoluci¨®n. Del estudio de la secuencia de Arabidopsis se desprende, en este sentido, que casi el 80% de su genoma est¨¢ duplicado. Y lo mismo ocurre en otros muchos vegetales.

El conocimiento de los genomas vegetales va a aportar tambi¨¦n mucho al desarrollo de aplicaciones potenciales. A un nivel b¨¢sico, permitir¨¢ ver como reaccionan todos los genes de un organismo ante una enfermedad o por qu¨¦ una planta ofrece mejor rendimiento en un lugar u otro en funci¨®n de su c¨®digo gen¨¦tico. Este an¨¢lisis va a resultar b¨¢sico para la optimizaci¨®n de t¨¦cnicas de mejora vegetal, fundamentales para la agricultura actual, as¨ª como para prever cambios en su estructura gen¨¦tica que mejoren su rendimiento, su capacidad de defensa o de adaptaci¨®n a medios hostiles.Por otra parte, de su conocimiento van a beneficiarse las investigaciones en taxonom¨ªa y biodiversidad, as¨ª como otras muchas vinculadas a cuestiones medioambientales como la descripci¨®n del rol de los genes en los ciclos naturales de gases de efecto invernadero. Todo ello sin obviar otras aplicaciones como la obtenci¨®n de productos de inter¨¦s farmacol¨®gico, como la introducci¨®n de genes que codifican para la expresi¨®n de vitamina A en arroz para paliar los efectos de la avitaminosis en amplias regiones de Asia o para la obtenci¨®n de f¨¢rmacos; la producci¨®n de aromas y fibras textiles; o, incluso, como alternativa a energ¨¦tica a los combustibles f¨®siles.

Espa?a se est¨¢ quedando fuera

La secuenciaci¨®n del genoma de Arabidopsis thaliana ha vuelto a poner de manifiesto, en opini¨®n de los cient¨ªficos espa?oles que han participado en el proyecto, la falta de previsi¨®n del Ministerio de Ciencia y Tecnolog¨ªa en gen¨®mica, considerada una de las grandes ¨¢reas de desarrollo futuro. Si bien el papel de los representantes espa?oles es calificado como "digno", se insiste en que la participaci¨®n ha sido m¨ªnima. Desde Valencia se han aportado unos 500.000 pares de bases y desde Barcelona unas 300.000, en ambos casos en el cromosoma 3. La situaci¨®n contrasta con la de otros pa¨ªses. Jap¨®n, por ejemplo, ha participado activamente en la secuenciaci¨®n de Arabidopsis y lidera la del arroz con m¨¢s del 50% del proyecto. En Estados Unidos ha sido Craig Venter, el que ha comandado la participaci¨®n estadounidense, mientras que Europa, en un consorcio p¨²blico coordinado por la francesa Genoscope, es la que se ha llevado la palma. En el caso europeo, adem¨¢s, muchos laboratorios se han beneficiado de subvenciones concedidas por la UE aunque a precios que limitan la competitividad de los centros espa?oles. Pero el mayor lamento de los investigadores se dirige hacia la anunciada acci¨®n estrat¨¦gica del ministerio en gen¨®mica. "Todav¨ªa est¨¢ pendiente de convocatoria y nadie sabe en qu¨¦ t¨¦rminos saldr¨¢" dice P¨¦rez Alonso, que compagina su trabajo universitario en Valencia con la direcci¨®n cient¨ªfica de Sistemas Gen¨®micos, la ¨²nica empresa en Espa?a dedicada a secuenciaci¨®n.

La propuesta del ninisterio incluir¨ªa el desarrollo de biochips y la bioinform¨¢tica, adem¨¢s de otras acciones, con un prespuesto total de 700 millones de pesetas para todas ellas. La propuesta de secuenciaci¨®n de un ¨²nico cromosoma de arroz, que Puigdom¨¨nech (Barcelona) traslad¨® en su d¨ªa al ministerio, costaba 800 millones anuales y fue desestimada por su coste. Para Espa?a, insiste P¨¦rez Alonso, no habr¨¢ m¨¢s oportunidades. "En nuestro pa¨ªs", zanja, "ha terminado la era de la secuenciaci¨®n de genomas".