¿Y si secuenciamos el genoma de un árbol brasileño? Era ésa una buena idea, más todavía tratándose de un país, Brasil, al que suele ser apuntárselo como campeón mundial de la biodiversidad. Sin embargo, había un problema: nadie sabía cuál era el tamaño aproximado de todo el material genético presente en los cromosomas de una especie arbórea. Si fuera muy grande, el genoma de un árbol sería un desestímulo a un proyecto de secuenciamiento integral. Ésa era la situación en 2001, cuando esta propuesta surgió, y por falta de información no siguió adelante. Pero ahora el panorama ha cambiado ?y mucho. El tamaño del genoma de más de un centenar de árboles autóctonos de Brasil ha sido determinado por el ingeniero agrónomo Marcelo Carnier Dornelas, uno de los investigadores que tomaron parte en las discusiones cuatro años atrás. Los resultados del trabajo indican que no existe un tamaño patrón para el genoma de un árbol. La cantidad de pares de bases existente en el ADN de una especie puede ser hasta 20 veces mayor que en la otra. El genoma abarca el conjunto de genes de un organismo y las informaciones moleculares que controlan el funcionamiento de dichos genes.
Con sus típicas flores color lila, que pintan las ciudades brasileñas entre el Carnaval y la Pascua, la planta de la gloria o tibouchina (Thibouchina granulosa, conocida en Brasil como ?quaresmeira?) tiene el menor genoma, con sus 340 millones de pares de bases nitrogenadas, las unidades químicas del ADN. El mayor es el del coco plumoso (Syagrus romanzoffiana), un tipo de palmera, también fácilmente encontrada en el medio urbano, cuyo fruto carnoso y anaranjado sirve de alimento a los animales en las áreas silvestres. El material genético de dicha planta exhibe 6.200 millones de pares de bases, el doble que la cantidad de letras químicas encontradas en el ADN humano. Este estudio, que saldrá publicado en poco tiempo más en la revista Annals of Botany, también sugiere que no existe una relación clara entre el porte de un árbol y el de su genoma, a ejemplo de lo que ya había sido demostrado en especies animales y en otros tipos de vegetales. Originarias del Bosque Atlántico, tanto la planta de la gloria como la palmera coco plumoso tienen sus copas de una altura más o menos equivalente, de alrededor de 10 metros, y el diámetro de su tronco gira en torno a los 40 centímetros. Pese a esa talla biológica similar, ambos árboles tienen un material genético de tamaño muy distinto. Para imprimir mayor seguridad a sus datos, Dornelas determinó el tamaño de los genomas presentes en el núcleo de las células de los árboles por dos métodos distintos: la citometría de flujo y la microdensitometría de imagen. Ambas técnicas se concibieron originalmente para el diagnóstico de cáncer.
Letras químicas
No se debe confundir el estudio de este ingeniero agrónomo, que midió el tamaño del genoma de 118 especies de árboles, con el trabajo de secuenciamiento del material genético de estas plantas, una tarea más compleja aún. Son dos cosas diferentes. El investigador estimó cuántas letras químicas existen en el ADN de cada una de las especies, pero no determinó en qué orden esas bases nitrogenadas aparecen en cada uno de los genomas. Las informaciones producidas sirven de referencia para eventuales proyectos de secuenciamiento. Muestran qué árboles tienen el ADN de menor tamaño, y es por tanto más fácil secuenciárselos. Tal no es el caso del famoso y hoy en día poco abundante palo de Brasil (Caesalpinia echinata), que exhibe un ADN enorme, con 3.800 millones de pares de bases. Si un día quisiéramos secuenciar el genoma completo de un árbol, el palo de Brasil no sería precisamente una de las especies más indicadas, afirma Dornelas, quien concluyó su posdoctorado en el Centro de Energía Nuclear en Agricultura (Cena) de la Universidad de São Paulo, con sede en la localidad de Piracicaba, y asumió en julio el cargo de profesor del Departamento de Fisiología Vegetal del Instituto de Biología de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Pero puede ser el de la caoba, ¿quién sabe, no? De los árboles de madera noble, la especie Swietenia macrophyla, nombre científico de la caoba, es una de las que tiene uno de los menores genomas. Su material genético está compuesto por 513 millones de pares de bases.
Hasta ahora, el genoma de tan sólo un árbol, el Populus trichocarpa, un álamo típico del Hemisferio Norte y de gran importancia económica, fue totalmente secuenciado. Un consorcio internacional culminó ese trabajo en septiembre del año pasado. El material genético de dicha especie de álamo es un poco mayor que el de la caoba y dispone de alrededor de 50 mil genes, una quinta parte de éstos probablemente típicos de los árboles, es decir, no hallados en otros tipos de vegetales, como la Arabidopsis thaliana, una maleza de clima templado, pariente de la mostaza, que funciona como planta modelo para la biología.
El cotejar el tamaño de los genomas de distintas especies ayuda a desmitificar la idea de que seres con mayor cantidad de ADN son siempre más complejos que organismos dotados de material genético de dimensiones reducidas. Si esto fuera verdad, algunas amebas, que tienen centenas de miles de millones de pares de bases en su genona, serían la forma de vida más sofisticada de la Tierra. El hecho de tener un genoma grande no es sinónimo de mayor complejidad en un organismo, dice el biólogo Fernando Reinach, presidente de la empresa de biotecnología Alellyx y director ejecutivo de Votorantim Novos Negócios. Es como si creyéramos que la complejidad de un país tiene alguna relación con su número de habitantes. Del mismo modo, sería incorrecto pensar que la palmera coco plumoso es más compleja que la planta de la gloria únicamente porque tiene un ADN veinte veces más grande.
El genoma elegido
Entre algunos grupos de árboles con características comunes, el tamaño del genoma parece ser más o menos similar, pese a que es arriesgado establecer generalizaciones con base en datos de tan sólo un centenar de especies. El genoma de cuatro especies arbóreas de la familia de las Anacardiaceae, cuya marca registrada radica en que posee frutos con forma de corazón, no presenta una gran variación de tamaño: el menor, el del pimiento Shinus molle, cuenta con 410 millones de pares de bases; el mayor, del anacardo (Anacardium occidentale), tiene un 50% más de letras químicas. En otros casos, quizás debido al mayor número de especies analizadas, las discrepancias aparentemente son más notorias. Dos especies de la familia de las Annonaceae exhiben genomas de tamaño sumamente diferente: el material genético del malagueto macho (Xylopia aromatica) es cinco vez menor que el del aratiku (Annona coriacea).
Desde el punto de vista evolutivo, circulan algunas tesis en el medio académico sobre el posible significado del tamaño de un genoma. Una de ellas es la de que el material genético de plantas angiospermas (que producen flores) con origen más remoto en el tiempo sería menor que el de vegetales más jóvenes de ese mismo grupo. Si esto tuviera sentido, el investigador paulista podría entonces haber encontrado una excepción a la regla entre las Myrtoidae, rama de la familia de las Myrtaceae que comprende a los árboles con frutos carnosos, como el guayabo (Psidium guajava) y el guapurú o jaboticaba (Myrciaria cauliflora). Dornelas estimó el tamaño del ADN de 20 especies de Myrtoidae y notó que todos eran menores que los de las plantas de la subfamilia Leptospermoideae, otra rama de la familia de las Myrtaceae, compuesta de árboles que dan frutos secos, cuya aparición en la naturaleza es considerado anterior al de sus congéneres de fruto carnoso. Parece que en el interior de las Myrtaceae ha habido en el decurso del largo proceso evolutivo un encogimiento del tamaño de los genomas, afirma el investigador paulista.
Y hay otro dato comparativo interesante: árboles del género Tabebuia, popularmente conocidas como lapachos, con flores amarillas, tienden a presentar un genoma mayor que aquéllos que tienen flores rosadas o blancas. Al menos es lo que se desprende del análisis del tamaño del genoma de diez especies del género. Los lapachos amarillos tienen un ADN con más de dos mil millones de pares de bases; los rosados, con más de mil millones de pares de bases, y los blancos, alrededor de 900 millones de pares de bases. Una posible explicación para este fenómeno sería el mayor número de cromosomas de los lapachos amarillos. Esos árboles presentan dos pares de 40 cromosomas, 80 en total, el doble que lo encontrado en las especies de lapacho rosado y blanco. Siguiendo esta línea de razonamiento, en el transcurso de generaciones, el aumento (o la disminución) del número de cromosomas desembocaría en alteraciones de los rasgos externos de las distintas especies conocidas de lapacho, provocando así el cambio de color en sus flores.
Estudios comparativos
Como puede observarse, el hecho de conocer el tamaño del genoma de un organismo no sirve únicamente para apuntar eventuales candidatos entrar en la lista de secuenciamientos. Es también un dato importante para futuros estudios comparativos en el área botánica. De acuerdo con un trabajo de enero de este año, llevado a cabo por los investigadores Michael Bennett y Ilia Leitch, de los Jardines Botánicos Reales de Kew, Inglaterra, existen datos sobre el tamaño del genoma de alrededor de 4.100 plantas del grupo de las angiospermas, que incluye a las hiervas, los arbustos y los árboles que producen flores. Salvo algunas excepciones, esta muestra es dominada por plantas de importancia comercial y sus parientes silvestres, especies modelos cultivadas, de uso experimental, y otras especies que crecen cerca de los laboratorios de las regiones templadas, sobre todo en Europa Occidental y Norteamérica, escribió el dúo en un artículo publicado en Annals of Botany. El estudio de Dornelas es el primer registro sobre el tamaño del material genético de las plantas pertenecientes a 60 géneros y nueve familias de árboles. Es un trabajo importante, más aún pues enfoca especies brasileñas, opina Carlos Alberto Labate, del Departamento de Genética de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la USP. Y ha de atraer el interés de otros investigadores del área de conservación y evolución.
El Proyecto
Perfil genómico de los árboles brasileños ? de la biodiversidad a la genómica: un puente entre el Biota y el AEG
Modalidad
Auxilio a la Investigación
Coordinador
Marcelo Carnier Dornelas – Cena/ USP
Inversión
R$ 3.000,00 y US$ 32.033,00 (FAPESP)
