En busca de la clonaci¨®n natural

Aunque pueda sonar a nombre de videojuego o de pel¨ªcula de ciencia ficci¨®n, la apomixis es, en realidad, un m¨¦todo misterioso y fascinante de reproducci¨®n asexual de algunas plantas que ha ocupado la atenci¨®n de biotecn¨®logos de todo el mundo que buscan desentra?ar y entender esta aut¨¦ntica clonaci¨®n natural.

A¨²n se desconoce muchos aspectos de sus mecanismos moleculares, por lo que se ha convertido en el santo grial de la biotecnolog¨ªa vegetal, pero ahora un grupo de investigadores del Centro de Investigaci¨®n y de Estudios Avanzados Unidad Irapuato (Cinvestav) de M¨¦xico ha dado un paso fundamental para desentra?ar sus secretos gen¨¦ticos, de acuerdo con un art¨ªculo publicado en la revista Nature.

Tras pasar a?os estudiando la vida sexual de vegetales que han renunciado completamente al sexo para reproducirse y analizar la Arabidopsis thaliana -el modelo vegetal por excelencia-, que se reproduce sexualmente, el grupo encabezado por Jean Philippe Vielle Calzada descubri¨® que una prote¨ªna llamada Argonauta 9 reprime las c¨¦lulas sexuales para que no se conviertan en c¨¦lulas reproductivas.

"Es una prote¨ªna conformada por peque?as mol¨¦culas de ARN que se comporta como reguladora maestra que controla el destino de las c¨¦lulas y les ordena cu¨¢ndo y c¨®mo deben convertirse en c¨¦lulas reproductivas", ha explicado a EL PA?S Vielle Calzada, del Laboratorio Nacional de Gen¨®mica para la Biodiversidad del Cinvestav.

Al menos 25 grupos cient¨ªficos en todo el mundo compiten para encontrar las claves de la sexualidad de las plantas y hasta ahora se ignoraba el papel que juega la Argonauta 9 en el aparato reproductor, pero con el trabajo de los mexicanos y sus colaboradores de Estados Unidos y Francia se sabe la ruta regulatoria inicial que le confiere un papel represor de ese destino celular que est¨¢ presente en todas las plantas que se reproducen sexualmente.

"Est¨¢bamos buscando en otro sentido completamente, diferente analizando genes que controlan la meiosis (proceso de divisi¨®n celular), pero este hallazgo no tiene nada que ver con la meiosis", afirma Vielle Calzada.

En la mayor parte de las plantas comestibles como el ma¨ªz, trigo, sorgo, entre muchas otras, la reproducci¨®n sexual favorita es la doble fecundaci¨®n: primero el ¨®vulo es fecundado por un grano de polen, con lo cual se forma el embri¨®n; posteriormente, una segunda c¨¦lula esperm¨¢tica se une a la voluminosa c¨¦lula central para dar lugar a la formaci¨®n del endospermo, un tejido de abundante contenido proteico indispensable para la sobrevivencia del embri¨®n. Despu¨¦s de esto, el ¨®vulo se transforma progresivamente en una semilla.

As¨ª, las semillas heredan la mitad de su material gen¨¦tico de la madre y la otra mitad del padre, por lo que las caracter¨ªsticas gen¨¦ticas cambian de una generaci¨®n a otra. En cambio, con la apomixis las plantas son capaces de reproducirse formando embriones sin necesidad de fecundaci¨®n. Las c¨¦lulas apom¨ªcticas contienen todos los genes necesarios para formar nuevas semillas gen¨¦ticamente id¨¦nticas a la planta madre.

A partir de la Revoluci¨®n Verde a finales de los a?os cincuenta del siglo XX, se han desarrollado semillas mejoradas de los principales alimentos a nivel mundial, lo que ha permitido mayores rendimientos tras un largo proceso de hibridaci¨®n a trav¨¦s del cual se seleccionan y cruzan ciertas plantas para obtener caracter¨ªsticas agr¨ªcolas muy espec¨ªficas.

"Los h¨ªbridos son de uso frecuente en agricultura moderna puesto que son m¨¢s productivos y menos susceptibles a los pat¨®genos, conservando un fen¨®meno llamado vigor h¨ªbrido", se?ala Hanspeter Sch?b, del Instituto de Biolog¨ªa de Plantas de la Universidad de Zurich.

El investigador suizo explica que con estas semillas el granjero no puede tomar una parte de su cosecha para sembrar en el pr¨®ximo a?o, porque al combinarse los rasgos gen¨¦ticos con la reproducci¨®n sexual las plantas no son gen¨¦ticamente id¨¦nticas, lo que lleva a la heterogeneidad de plantas que no es tolerable en una agricultura moderna automatizada.

De tal forma, el valor agr¨ªcola de semillas h¨ªbridas se mantiene s¨®lo durante un ciclo de cultivo, por lo que los agricultores est¨¢n obligados a comprar semilla mejorada a?o tras a?o.

El mercado mundial de semillas h¨ªbridas es dominado en m¨¢s del 90% por menos de diez empresas trasnacionales que, de acuerdo con la Organizaci¨®n de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentaci¨®n (FAO), obtienen ganancias por 26.500 millones de euros anuales.

Si se lograra inducir la apomixis en planta h¨ªbridas de ma¨ªz o trigo tendr¨ªa implicaciones realmente revolucionarias que cambiar¨ªan el mercado mundial de semillas, por ello, biotecn¨®lgos, agricultores y empresas desde hace m¨¢s de 20 a?os se han interesado en este campo de investigaci¨®n. Vielle Calzada afirma que si bien ¨¦ste es un primer paso, a¨²n falta mucho para llegar a ello pero, de lograrse, se simplificar¨ªan los m¨¦todos de producci¨®n de semillas h¨ªbridas manteniendo sus caracter¨ªsticas gen¨¦ticas a perpetuidad. "Se trata de un desarrollo que debe mantener su car¨¢cter p¨²blico que debe beneficiar a los productores y campesinos m¨¢s pobres que ya no tendr¨ªan que comprar tantas semillas".

Modelo vegetal

Para descubrir la funci¨®n de Argonauta 9, los investigadores utilizaron la planta m¨¢s utilizada por los cient¨ªficos: Arabidopsis thaliana (prima hermana de la mostaza) de la cual se conocen todos sus genes, con la que se han hecho miles de investigaciones, se reproduce en s¨®lo 6 semanas, hay una gran cantidad de mutantes y le encanta el sexo para reproducirse.

El equipo centr¨® su atenci¨®n en los genes activos en el ¨®vulo con el objetivo de identificar las prote¨ªnas esenciales que dirigen la reproducci¨®n asexual, y se percataron de la presencia de Argonauta 9, lo cual llam¨® su atenci¨®n pues, aunque se conoc¨ªa toda una familia de argonautas, nunca se hab¨ªan visto en las c¨¦lulas reproductivas.

"Observamos donde nadie antes hab¨ªa observado", ha se?alado Vianey Olmedo, investigadora del Cinvestav y coautora del estudio. "Se trata de una prote¨ªna que participa en las etapas tempranas de la formaci¨®n de c¨¦lulas que dan lugar al gametocito (c¨¦lulas sexuales)".

Una vez que identificaron la prote¨ªna, los investigadores analizaron una mutante de Arabidopsis que no la produce y observaron que esta alteraci¨®n permite que m¨¢s c¨¦lulas adquieran la identidad y capacidad de formarse como gametos. En vez de producir uno solo, la mayor parte de los ¨®vulos sin Argonauta 9 produjeron varios gametos anormales que conten¨ªan toda la informaci¨®n gen¨¦tica completa.

"Cortando su funci¨®n, causamos una reacci¨®n esquizofr¨¦nica de las c¨¦lulas en el ¨®vulo para que aquellas que supuestamente no se convertir¨ªan en gametos s¨ª lo hicieran", ha afirmado Vielle Calzada. "Parece que en estado normal evita que esas c¨¦lulas sean transformadas en precursoras del gameto, lo cual sugiere que Argonauta 9 inicia la apomixis".

?sta es la primera base molecular de la apomixis, pero los investigadores ya est¨¢n preparando los siguientes pasos para que en un futuro pueda tener aplicaciones concretas en el campo.

"Es el principio que nos permitir¨¢ entender el proceso completo y, eventualmente, implementarlo en las plantas cultivables, donde no necesariamente ocurrir¨ªa lo mismo que en Arabidopsis, pues cada planta y especie tiene un reto distinto", ha dicho Vianey Olmedo. "Hay que analizar la manera en que participan otras prote¨ªnas y c¨®mo interact¨²an entre ellos y qu¨¦ otros elementos intervienen en el proceso, pero esta es una teor¨ªa general de la cual partiremos".