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Los genes del papel

Equipos de cinco estados identifican secuencias de ADN que pueden convertir el eucalipto más resistente a la sequía y a las enfermedades

En los próximos meses brotarán en el laboratorio del agrónomo Ivan de Godoy Maia, en Botucatú, interior de São Paulo, las primeras plantitas de tabaco con una característica especial: genes que no son originalmente de esa planta de hojas verde claros grandes, anchas y suaves, sino del eucalipto, un árbol de hasta 35 metros de altura y hojas duras lanceoladas. Desde el final de 2005 Maia trabaja en la preparación de seis genes de ese árbol aparentemente activos en un único tejido vegetal – la hoja, el tallo, la raíz, la flor o el fruto – para implantarlos en el tabaco. La razón para producir plantines de tabaco transgénico es que esa planta crece y alcanza la fase reproductiva en alrededor de seis meses, al menos 12 veces más rápidamente que el eucalipto. Así, es posible confirmar en poco tiempo en cual tejido vegetal cada uno de esos genes actúa y su probable función. Controlar ése u otros genes es el primer paso para crear árboles de eucalipto más resistentes a la sequía y a las plagas o capaces de producir madera de mejor calidad para la extracción de celulosa y la producción de papel.

Esos experimentos con tabaco o con otra planta modelo, la Arabidopsis thaliana, son lo que los genetistas llaman genoma funcional – en este caso, es la tercera etapa del proyecto Genoma Eucalipto, el primer genoma de  árbol secuenciado en el Brasil. Se espera que en algunos años los resultados obtenidos en el laboratorio formen plantaciones más productivas de eucalipto. Natural de Oceanía, ese árbol fue introducido en el país a inicios del siglo XX por Edmundo Navarro de Andrade para producir traversas para las vías férreas que avanzaban por el interior paulista. Brasil posee la mayor área plantada en el mundo destinada a fines comerciales. Son 3.5 millones de hectáreas que garantizan al país la posición de 7º productor mundial de celulosa y 11º de papel, actividades responsables del 4% del Producto Interno Bruto, u 80 mil millones de dólares.

La búsqueda de variedades de eucalipto genéticamente modificadas es la parte final de un proyecto secuencial de genes que comenzó en 2001 y, con un perfil poco común en el país, aproximó universidades y empresas. En la fase anterior, llamada data mining o minería de datos, finalizada al final del 2005, fueron identificados genes que pueden contribuir al perfeccionamiento de ese árbol. Con el auxilio de programas de computador equipos de 20 laboratorios del Río Grande del Norte, Alagoas, Pernambuco, Río de Janeiro y São Paulo investigaron 123,889 segmentos de genes. Ese total corresponde a casi 15 mil genes que habian sido secuenciados por el consorcio Genoma Eucalipto (Forests), formado por la FAPESP y por cuatro empresas del sector de la madera, papel y celulosa – Duratex, Ripasa, Suzano y Votorantim -, con la colaboración de los equipos del proyecto Genomas Agronómicos y Ambientales (AEG).

En el data mining los investigadores compararon los genes de cinco especies de eucalipto comunes en el país – Eucalyptus grandis, E. urophylla, E. camaldulensis, E. saligna y E. globulus – con genes ya conocidos de plantas como el tabaco, el álamo y la Arabidopsis. Y descubrieron casi 200 genes productores de proteínas del sistema de defensa contra los patógenos y otros 15 responsables de un complejo de proteínas que silencia otros genes. Otros resultados son relatados en los 19 artículos del suplemento de la revista Genetics and Molecular Biology de noviembre de 2005. “Esos y otros genes deberán servir como indicadores de las características que se desean reproducir en las plantas”, dice el ingeniero forestal Luis Eduardo Aranha Camargo, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la Universidad de São Paulo (USP), coordinador de la segunda y de la tercera fases del Genoma Eucalipto.

En los últimos 40 años técnicas de mejoramiento genético tradicional como las usadas en el siglo 19 por el monje y botánico austriaco Gregor Mendel, uno de los fundadores de la genética, posibilitaron un aumento de hasta cuatro veces en la productividad de los eucaliptales brasileños. La producción de madera por hectárea de floresta subió de 12 metros cúbicos por año en l década de 1960 para hasta 50 metros cúbicos. Esa producción anual corresponde a una sala de 5 metros de largo por 4 de ancho llena hasta el techo con la madera obtenida con el derrumbe de los árboles plantados en un área equivalente a una manzana.

Pero no siempre el simple cruzamiento de variedades distintas surte el efecto deseado. Por ese motivo, lo que se intenta al producir eucaliptos genéticamente modificados es alterar características que no son fácilmente manipuladas por medio del mejoramiento genético tradicional. Un ejemplo es el control de la concentración de la lignina, polímero natural que funciona como un cemento entre las células y confiere dureza a la madera. El sueño de todo productor de papel y celulosa es el de recoger plantas con un contenido de lignina inferior al normal, de 20% a 30% de la masa del árbol. Los niveles más bajos de lignina simplificarían el procesamiento de la madera para obtener celulosa y azúcar formado por miles de moléculas de un azúcar más simple, la glucosa. Ya para la industria de muebles o para a industria siderúrgica interesan los árboles con contenidos de lignina más elevados.

El control de la cuantidad de lignina dependerá de la habilidad de los investigadores para controlar uno o más genes identificados por el biólogo Ricardo Harakava, del Instituto Biológico de São Paulo. Harakava encontró 13 genes que regulan la producción de lignina, conocidos anteriormente apenas en plantas herbáceas, como la Arabidopsis thaliana, y en el álamo, árbol de hasta 35 metros de altura, principal fuente de celulosa en los países del hemisferio Norte. La comparación del nivel de actividad de esos genes en las diferentes especies de eucalipto – son cerca de 700 – puede revelar un patrón de funcionamiento típico de los árboles con baja producción de lignina, funcionando así como marcadores biológicos de esa característica. “Con el auxilio de marcadores biológicos es posible hacer la selección precoz de plantas con bajo contenido de lignina”, ejemplifica Harakava. Otra posibilidad: reducir la actividad de esos genes por medio de técnicas de transgénicas, aún en fase experimental en el caso del eucalipto.

Antibióticos naturales – También se pretende desarrollar eucaliptos más resistentes a enfermedades. En las regiones más calientes y húmedas de Brasil, una elevada variedad de patógenos ataca especialmente las plantas jóvenes e impiden su crecimiento. Especies como la Eucaliyptus urophylla, bastante usada por crecer rápidamente y alcanzar la edad reproductiva en apenas cinco años, son muy susceptibles a hongos que digieren la madera, damnifican las hojas o causan la putrefacción de las raíces. Analizando los datos del Genoma Eucalipto, el equipo de la genetista Ana Maria Benko-Iseppon, de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE), localizó 210 genes capaces de ayudar a resolver esos problemas. “Es un número bastante elevado, toda vez que el material genético fue extraído de plantas saludables”, dice Ana Maria. “Ese resultado sugiere que puede haber un número aún mayor de genes de resistencia en el eucalipto.”

Esos 210 genes integran las cinco clases de genes de resistencia (genes R) conocidas en plantas y tal vez haya hasta aún una nueva clase, la sexta, que aún debe ser confirmada por medio de experimentos. Asociados a diferentes mecanismos del sistema de defensa del eucalipto, desencadenan señales químicas que inducen a un suicidio celular colectivo en los tejidos infectados o estimulan la producción de compuestos que actúan como antibióticos naturales y eliminan a hongos, bacterias, virus o gusanos.

Ya el trabajo del genetista Márcio Alves-Ferreira, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), puede auxiliar en el desarrollo de variedades de eucalipto menos sensibles a la sequía – la falta de lluvia por más de un mes es una amenaza las plantaciones de la región noroeste de São Paulo. El equipo de Río encontró 50 genes reguladores de la familia homeobox, que conectan o desconectan otros genes relacionados a la tolerancia de la falta de agua. “Si los experimentos tienen éxito, podremos producir variedades resistentes a la sequía usando genes del propio eucalipto, y no de otras especies”, dice Alves-Ferreira. Su trabajo con los genes MADS-box, responsables del desarrollo de la flor, puede impedir la producción de granos de polen y la contaminación de plantas normales con el material genético de variedades transgénicas.

Interruptor genético – El grupo del biólogo Marcelo Menossi, de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), identificó ocho genes muy activos en casi todos los tejidos del eucalipto. Son genes como el que contiene la receta de la catalase, enzima antioxidante que protege las células de danos causados por radicales libres, y el responsable de la producción de la proteína hsp (heat shock protein), que evita daños celulares provocados por el aumento de la temperatura del ambiente. Otros 13 genes se distinguen de los demás por que funcionan en un único tejido.

Para que las investigaciones avancen, es esencial conocer el tejido en que los genes actúan. Cada gen contiene un tramo inicial llamado región promotora o reguladora que actúa como un interruptor genético, controlando en donde el gen va a funcionar o desconectarse. De ese modo, un gen que coordina la producción de los pétalos de las flores durante el período reproductivo se va se a manifestar solamente en los tejidos florales – y permanecerá inactivo en la raíz y en el tallo – porque su región promotora se convierte activa solamente en la células de la flor.

En el caso que se desee proteger al eucalipto de insectos que atacan las hojas, es posible asociar un gen que produce una toxina contra el insecto a una región promotora de un gen activo apenas en hojas. Ya si la meta fuera generar una variedad resistente a hongos que atacan todos los tejidos, será necesario asociar un gen contra el hongo a un promotor activo en todos los órganos de la planta. Fue justamente la región promotora de seis de esos genes – dos específicos de la hoja, uno de la raíz, uno de botón floral y otro de botón floral y fruto, además de un gen activo en todos los tejidos – que Ivan de Godoy Maia obtuvo en su laboratorio en la Universidad Estadual Paulista (Unesp), en Botucatu, y se prepara ahora para insertar en plantas de tabaco. Si tuvieran éxito, los investigadores tendrán a la disposición secuencias promotoras identificadas en Brasil y no necesitarán pagar royalties por el uso de tramos promotores ya patentados en el exterior.

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