Fundación Nacional de la Ciencia – Donde comienzan los descubrimientos

Hoja informativa

13 de diciembre de 2000

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Arabidopsis thaliana es una hierba de la familia de la mostaza cuyo rápido ciclo de crecimiento y pequeño tamaño la convierten en un modelo experimental ideal para la investigación en biología vegetal. Más de 2.500 laboratorios y 8.000 científicos de todo el mundo están utilizando una nueva generación de herramientas para sondear el genoma de esta planta, revelando procesos comunes a todas las plantas.

El proceso. La Iniciativa del Genoma de Arabidopsis (AGI) comenzó en 1996, unificando los esfuerzos de los equipos internacionales que habían estado descifrando esta importante secuencia del genoma desde principios de la década de 1990. Los representantes de cada uno de los principales centros de secuenciación de Arabidopsis se reunieron en agosto de 1996 en la National Science Foundation (NSF) en Arlington, VA, para acordar un enfoque de colaboración. En Estados Unidos se inició en 1996 un programa interinstitucional con fondos de la NSF, el Departamento de Energía y el Departamento de Agricultura. La Unión Europea, el Gobierno de Francia y el Gobierno de la Prefectura de Chiba, en Japón, también apoyan la investigación sobre AGI.

El futuro. Incluso cuando la secuencia del genoma estaba a punto de completarse, la NSF comenzó la siguiente fase de la investigación del genoma de Arabidopsis thaliana. El nuevo Proyecto 2010 de la NSF pretende determinar las funciones de 25.000 genes de Arabidopsis durante la próxima década.

Las herramientas y aplicaciones. Los investigadores de Arabidopsis utilizan y han desarrollado una variedad de herramientas, incluyendo:

• Marcadores sintéticos de ADN para mapear el genoma
• Colecciones de mutantes útiles de Arabidopsis
• Técnicas especializadas para transformar genes de Arabidopsis
• Bioinformática Herramientas bioinformáticas que aprovechan las últimas capacidades informáticas y de red
• Colecciones de mapas genéticos

Todas estas herramientas permiten a los científicos diseccionar sistemáticamente el genoma de Arabidopsis, lo que ha permitido completar su secuencia, identificar las funciones de muchos genes individuales y comprender mejor el comportamiento de las plantas en general. Los estudios sobre Arabidopsis han mejorado nuestra comprensión de la resistencia a las enfermedades, el desarrollo de las raíces y otros procesos vegetales importantes. Dado que el ritmo de esta investigación es extremadamente rápido, los siguientes puntos destacados no son en absoluto exhaustivos.

Mejorar la resistencia a las enfermedades. Algunas variedades de cultivos son más resistentes que otras a determinados patógenos virales, bacterianos o fúngicos. Lograr la resistencia a las enfermedades es uno de los principales objetivos de la mayoría de los programas de fitomejoramiento, pero la producción de tales híbridos requiere mucho tiempo en comparación con la modificación genética. La clonación molecular de un gen de resistencia a las enfermedades de Arabidopsis, denominado RPS2, ha contribuido significativamente a nuestra comprensión de cómo funcionan este gen y otros similares en plantas de importancia económica.

Comprensión de la fotosensibilidad. Mediante el análisis de Arabidopsis, los científicos han demostrado que las plantas responden a la luz integrando varias señales de entrada a través de una compleja red genética. Los genes clonados revelaron la naturaleza química, antes no detectada, de un receptor de luz azul en Arabidopsis, lo que sugiere la existencia de un mecanismo de este tipo para desencadenar respuestas fisiológicas en plantas superiores. Esto podría dar lugar a plantas capaces de crecer con menos luz.

Creación de aceites comestibles más saludables. Los genes que guían la síntesis de aceites en Arabidopsis están estrechamente relacionados con los de los cultivos comerciales. Esta relación se está aprovechando para producir plantas con aceites comestibles más saludables. Aproximadamente un tercio de las calorías de nuestra dieta procede de la soja u otros aceites vegetales. Sin embargo, la mayoría de los aceites vegetales no son adecuados para la alimentación porque son altamente poliinsaturados. Los genes de ácidos grasos de Arabidopsis tienen sus homólogos en la soja, la canola y otros cultivos oleaginosos.

Fabricación de plásticos biodegradables. La secuencia del genoma de Arabidopsis puede conducir a nuevos plásticos biodegradables. Los científicos han introducido genes de la bacteria Alcaligenes eutrophus en Arabidopsis, haciendo que se acumule un plástico biodegradable (polihidroxibutirato o PHB). Con hasta un 20 por ciento del peso seco de la planta modificada compuesto por PHB, varias empresas han iniciado programas para desarrollar este tipo de cultivos productores de plástico.

Hacer que las verduras y frutas sean más baratas y resistentes. El gas etileno afecta al crecimiento y desarrollo de las plantas. La industria agrícola lo utiliza para controlar la maduración de frutas y verduras y el envejecimiento de las flores. Al impedir que las plantas produzcan o respondan al etileno, los científicos podrían desarrollar cultivos que maduren más rápido o más lento, según se desee. Un gen de Arabidopsis media los efectos biológicos del etileno, y los investigadores han aislado una forma mutante que podría hacer a las plantas completamente resistentes al gas. Esto podría ralentizar considerablemente el ritmo de maduración de los frutos y el marchitamiento de las flores, manteniéndolas frescas durante más tiempo.

Mejorar la resistencia a la erosión. El sistema radicular de Arabidopsis es un modelo para estudiar cómo se forman estos órganos vegetales. Los científicos han encontrado una variedad de mutaciones genéticas de Arabidopsis que afectan al desarrollo de las raíces y determinan si las plantas son resistentes a la erosión del suelo.

Entender cómo florecen las plantas. El crecimiento floral comienza con el desarrollo de un tejido vegetal formativo llamado meristemo, que puede ramificarse para formar varios meristemos florales, cada uno con una flor distinta. La investigación de Arabidopsis ha demostrado que la interacción entre los genes de los meristemos dicta el crecimiento de los órganos florales, como los pétalos, los sépalos y los estambres.

-NSF-

Ver también: Lista de enlaces de Arabidopsis.

Para un vídeo en streaming sobre la secuencia del genoma de Arabidopsis, véase: http://www.nsf.gov/od/lpa/news/press/00/pr0094.htm
Para más información sobre el Proyecto NSF 2010, véase: http://nsf.gov/cgi-bin/getpub?nsf0113

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Tom Garritano, NSF, (703) 292-8070, correo electrónico: [email protected]

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