Clelia de la Peña y el nacimiento del Agave albina
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 17 de abril de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Las plantas albinas de Agave aparecieron por primera vez en el mundo en las instalaciones del laboratorio de la doctora Clelia de la Peña Seaman, adscrita al Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), como resultado de su trabajo en cultivo in vitro de Agave angustifolia y el estudio de sus variaciones somaclonales, es decir, las diferencias fenotípicas que se desarrollan entre plantas que comparten el mismo genoma.
Las prometedoras aportaciones de este hallazgo a la investigación científica básica y sus potenciales aplicaciones biotecnológicas otorgaron a la investigadora la Cátedra Marcos Moshinsky 2017, concedida por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) como reconocimiento a los mejores proyectos de ciencia de investigadores mexicanos jóvenes sobresalientes en nuestro país.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, la investigadora nacional nivel II describió el descubrimiento de esta variedad y los estudios que desarrolla en torno a ella, que permitirán entender desde el funcionamiento de los cloroplastos hasta el incremento en la eficiencia de los procesos de fotosíntesis, con el propósito de mejorar la producción de plantas a nivel global.
La aparición fortuita
Habían pasado dos años desde que Clelia de la Peña se incorporó al CICY, estudiando el cultivo in vitro de Agave angustifolia, sin que apareciera ninguna variación somaclonal significativa, más allá de pequeños cambios fenotípicos de tamaño y patrones de metilación.
Doctora Clelia de la Peña Seaman, adscrita al Centro de Investigación Científica de Yucatán, con Agave albina.Un día, de manera espontánea y azarosa, el técnico del laboratorio le informó que una planta con la mitad de hojas blancas y la mitad verdes (es decir, variegada) se había desarrollado, y le preguntó si debía desecharla o no. Entusiasmada por el hallazgo, la investigadora resguardó la planta y se dedicó desde entonces a clonar en múltiples ocasiones la planta variegada. Para su sorpresa, los brotes resultaban tanto completamente verdes como variegados.
Tras un poco más de un año de micropropagación clonal de plantas variegadas, apareció por primera vez en el mundo la planta albina de Agave. El descubrimiento de este ejemplar y los estudios desarrollados a partir de este convirtieron a Clelia de la Peña en la acreedora al Premio Marcos Moshinsky 2017, otorgado por la UNAM.
“Para nuestra sorpresa, la planta albina no se revertía a variegada o verde, sino que mantenía una línea pura de Agave albina. Estas plantas albinas no existen en otros laboratorios, ni mutadas ni de manera natural. Son únicas en el mundo. Ese es más o menos el relato de cómo apareció esta planta fortuitamente. No esperábamos algo así porque es un sistema único en el mundo y salió de una manera natural”.
Diferencia de cloroplastos en variedades somaclonales
El proyecto de la búsqueda de variación somaclonal en Agave inició y se desarrolló con el financiamiento de Investigación Científica Básica del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). “Lo que hicimos fue poner diferentes concentraciones de hormonas vegetales, también llamadas reguladores de crecimiento, y ver lo que sucedía. En teoría lo que esperábamos es que hubiera cambios fenotípicos. Más allá de eso, queríamos saber si esos cambios fenotípicos estaban relacionados con mecanismos epigenéticos”, describió.
Cuando aparecieron las plantas variegadas, realizaron los primeros experimentos microscópicos de los cloroplastos. El estudio de las plantas variegadas demostró que estas contenían más cloroplastos en la parte verde que en la parte albina, lo que era previsible desde la perspectiva de la investigadora. Lo que no se esperaba era que el arreglo de los cloroplastos en el área verde de las variegadas resultara diferente al arreglo de los cloroplastos presentes en las plantas totalmente verdes (“plantas normales”). Además, el área verde de las primeras resultó estar más activa en muchos más aspectos que en las áreas blancas.
“Eso es porque posiblemente se trata de un efecto compensatorio para la planta variegada, la parte verde tiene que trabajar un poco más para poder solventar esa carencia fotosintética en la parte albina, similar a cuando nosotros tenemos enfermedades en un riñón y el otro riñón es el que hace la función doble”.
Primer transcriptoma en el mundo de una planta blanca
En la actualidad, todos los transcriptomas que se han realizado en el mundo se han hecho a partir de plantas verdes, pero nunca se ha obtenido el transcriptoma de plantas blancas naturales, es decir, sin mutaciones inducidas artificialmente. Por tanto, uno de los objetivos principales de Clelia de la Peña es realizar el transcriptoma del Agave albina para conocer los genes que están encendidos y los que están apagados en el momento de la colecta para compararlos con los de las plantas verdes.
Agave angustifolia variegada.“Aquellos genes que siempre están apagados en las plantas verdes nunca se encuentran en el transcriptoma porque siempre están apagados. Si nosotros podemos descubrir algunos de los genes que solamente están encendidos en la planta blanca y apagados en la planta verde, esos genes son los que queremos explotar de manera biotecnológica”.
A la fecha, la investigadora ha realizado diversos estudios en Agave albina, por ejemplo, mediciones de clorofila, carotenoides, genes que codifican a las enzimas en la biosíntesis de carotenoides y de clorofilas, así como todo lo referente a epigenética y metilación en el ADN.
“No solamente en un ciclo de cultivo. Hicimos varias resiembras en esa condición, es decir, desde que estaba muy pequeña la planta hasta que estaba más grande, y vimos cierta variación. También medimos modificaciones en las histonas y medimos expresiones de genes que codifican para enzimas que metilan o desmetilan las histonas, las acetilan o desacetilan”.
También se han realizado estudios de microscopía para conocer la apertura estomática y el rearreglo de los cloroplastos, en el caso de las plantas verdes.
Investigación para el mejoramiento de plantas en el mundo
En el aspecto de la investigación básica, los estudios de Agave albina permitirán entender desde el funcionamiento de los cloroplastos hasta hacer más eficiente los procesos de fotosíntesis, con el propósito de mejorar las plantas a nivel global. “Los genes que encontramos en las plantas albinas que no están en las verdes, es como si fueran los switchs que permiten saber cuál es el mecanismo para obtener más oxígeno”.
La herramienta CRISPR/Cas9, especializada en la edición de genes, puede resultar la clave para poder disminuir el estrés ambiental en plantas situadas en condiciones adversas que no les permiten fotosintetizar de manera eficiente.
“El calentamiento global es una realidad y tenemos que ver la manera de crear mejores plantas, si no de manera natural, de manera sintética. Pero para todo eso necesitamos ver primero qué genes están allá, estudiar esos genes e ir sacando cosas novedosas e importantes que, a fin de cuentas, nos va a ayudar a todos”.
En cuanto a sus aplicaciones biotecnológicas, la posibilidad de destilar alcohol de la variedad albina representa un gran potencial para el mercado debido a su exclusividad. “Solo unos mililitros de mezcal albino serían una buena fuente de financiamiento. Para obtenerlo hacen falta unos 20 o 25 años, desde obtener una piña de Agave, que son como 15 años, más 10 o 15 años de investigación básica y de investigación aplicada”.
¿Es una planta mutada?
De acuerdo con la investigadora, el problema de la mutación sintética (inducida) radica en que cuando los genes se mutan de manera inducida, ya sea por medio de biobalística o agentes mutagénicos, puede ocurrir que aquellos genes repercutan en otros, ocasionando un efecto pleiotrópico.
“Es decir, que un gen puede afectar muchos genes que pueden tener una función relevante o no. Si se llega a hacer un transcriptoma de eso, en realidad muchos de los genes que están apagados o encendidos, no se sabe si lo están por el fenotipo que tienen o por el efecto pleiotrópico inducido por la mutación”, indicó la investigadora.
Aunque es posible que algún nucleótido en algún gen en específico esté mutado en Agave albina, la gran ventaja del sistema desarrollado por Clelia de la Peña es que no fue mutado a propósito, sino que sería la misma planta la que lo realizó de manera natural, y eso convierte este sistema en algo único en el mundo.
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