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Fragmentos móviles

El ADN gitano

Tramos de material genético cambian de lugar siguiendo un patrón no aleatorio

055_Transposons_198Laura DaviñaCada vez es mayor la cantidad de investigadores que identifican funciones importantes que desempeñan tramos de ADN anteriormente considerados basura. Entre esos segmentos del material genético se encuentran los denominados elementos de transposición o transposones. Son fragmentos que, en cualquier momento, se duplican o se desplazan desde donde se encuentran, instalándose en otras partes del ADN, a veces junto a genes esenciales o incluso dentro de la estructura de esos genes. Al investigar a estos curiosos personajes moleculares, el grupo de la bióloga Marie-Anne Van Sluys, de la Universidad de São Paulo (USP), aborda al genoma de la caña de azúcar como un bloque, y esto constituye un enfoque innovador. Así revela que los movimientos de esos fragmentos son menos aleatorios de lo que se imagina y posiblemente cumplan un rol importante en la dinámica del genoma.

Ese análisis en gran escala fue factible gracias a los resultados del Proyecto Genoma de la Caña de Azúcar (Sucest), concluido en 2001, que descubrió secuencias del genoma funcional de esta planta esencial para la economía brasileña, al revelar la existencia de 276 elementos de transposición activos, o expresados, según la jerga de la biología. “En 2005 nos llevó dos meses convencer al editor del periódico Plant Journal que el resultado era real, y no una contaminación”, recuerda Van Sluys. En aquella época, los estudios genómicos realizados íntegramente por investigadores brasileños no eran comunes y ese resultado era sorprendente. Pero la revista finalmente publicó el artículo, luego de aceptar el indicio de que esos tramos de ADN –también conocidos como transposones– deberían poseer alguna función, aunque todavía no se supiese cuál era.

A partir de los resultados del Sucest y del incremento en la capacidad para generar y analizar enormes volúmenes de datos, el grupo de Van Sluys se dedicó, a partir de 2009, en colaboración con colegas del estado de São Paulo, a la secuenciación de mil segmentos selectos del genoma de la caña de azúcar. Actualmente, su equipo se asemeja a una línea de producción de conocimiento científico, y en cierto modo lo es: una serie de artículos de este año aportó importantes avances sobre el funcionamiento de los transposones.

El más destacado es el estudio publicado en la revista BMC Genomics, un trabajo realizado junto a investigadores de la Universidad Estadual Paulista, entre los que se encuentra Fabio Nogueira, y de la Universidad Estadual de Campinas, como por ejemplo, Renato Vicentini. Entre abril y julio, el artículo fue visto más de mil veces en el sitio web de la revista, con lo cual se hizo acreedor al rótulo de altamente visitado. “Fuimos los primeros en demostrar molecularmente que los elementos de transposición poseen patrones individualizados”, explica Van Sluys. Esto significa que, cuando uno de esos fragmentos de ADN se desplaza de su ubicación original, su destino no es tan aleatorio como se pensaba. Cada familia de transposones posee una tendencia mayor a instalarse en determinados cromosomas o regiones cromosómicas. Al determinar estos patrones, Van Sluys espera caracterizar de qué modo esa interacción influye en la acción de los genes.

Muchas de las familias de elementos de transposición se diversificaron hace mucho tiempo, incluso antes de que las plantas con flores se separaran en dos principales grupos: el de las monocotiledóneas, tal como es el caso del maíz, la caña de azúcar y el arroz, cuyas semillas cuentan con un reservorio de energía (cotiledón); y el de las dicotiledóneas, como por ejemplo los arbustos y los árboles, con semillas dotadas de dos cotiledones. El grupo de Van Sluys mapea esta diversificación de los transposones en el transcurso del tiempo en tres especies de monocotiledóneas de interés comercial (sorgo, caña de azúcar y arroz) en el artículo de revisión en proceso de publicación en la revista Topics in Current Genetics.

La caña de azúcar es un caso especial, ya que parece poseer muchos más elementos de transposición activos que el resto de las plantas estudiadas. La bióloga de la USP lo explica basándose en su origen híbrido a partir de la mezcla entre dos especies silvestres: Saccharum officinarum y S. spontaneum. El resultado de la hibridación es una planta que produce mucho más azúcar, y tolerante a las enfermedades. En opinión de Van Sluys, el proceso de fusión de ambas especies provocó un desequilibrio en el funcionamiento genético que puede haber alterado la movilidad de los fragmentos móviles del ADN. “El organismo necesita recuperar un compás único”.

La influencia de estos elementos puede estar detrás de la intrínseca identidad de la planta. “La caña, el sorgo y el maíz comparten el 80% de sus genes; lo que los diferencia puede ser la regulación genómica”, comenta Van Sluys. Según ella, los elementos de transposición pueden estar cumpliendo esa función de modular el funcionamiento de los genes.

De aquí en adelante, los estudios pueden derivar en aplicaciones prácticas y contribuir a la mejora de esta planta, que produce dos tercios del azúcar consumido mundialmente y, cada vez más, se erige como fuente de combustible renovable. Los elementos de transposición puede que ayuden a identificar y controlar el funcionamiento de genes, tales como los responsables de la resistencia a la sequía, contribuyendo así a la producción de variedades adaptadas a ambientes más áridos. Pero el interés económico no es lo principal para los genetistas vegetales, que consideran que el funcionamiento genético de la caña de azúcar resulta de por sí interesante, debido a su origen híbrido y a las duplicaciones que hacen que la especie cuente con un genoma múltiple, con varias copias de cada gen. Parece fascinante imaginar que pequeños fragmentos de ADN que se desplazan de un lado a otro dentro del núcleo de la célula, como si fueran gitanos, pueden haber contribuido a que la caña de azúcar no fuese tan sólo otra especie entre muchas variedades de hierbas.

El Proyecto
Sugarcane genome sequence: plant transposable elements are active contributors to gene structure variation, regulation and function (nº 08/52074-0); Modalidad Proyecto Temático – Bioen; Coordinadora Marie-Anne Van Sluys – IB-USP; Inversión R$ 2.504.444,87

Artículos científicos
DOMINGUES, D. S. et al. Analysis of plant LTR-retrotransposons at the fine-scale family level reveals individual molecular patterns. BMC Genomics. v. 13, n. 137. 16 abr. 2012.
DE SETTA, N. et al. Noise or symphony: comparative evolutionary analysis of sugarcane transposable elements with other grasses. Topics in Current Genetics. En prensa.

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