Investigación identifica genes potencialmente responsables de la resistencia de la caña de azúcar a plagas, frío o sequía

Una investigación realizada en la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) identificó “genes huérfanos” –exclusivos de cierto grupo de organismos– en una especie de caña de azúcar, la saccharum espontaneo, conocido por su tolerancia a estreses bióticos, como ataques de plagas y enfermedades causadas por insectos, nematodos, hongos y bacterias, y estreses abióticos, como tolerancia al frío, déficit hídrico, alta salinidad y deficiencia nutricional del suelo.

Artículo, publicado na Frontiers in Plant Science El 30 de junio se asumió que algunos de estos genes en esta especie podrían desempeñar un papel importante ante el estrés.

Todo ser vivo tiene genes muy similares a los presentes en los genomas de otros organismos. Las plantas, por ejemplo, comparten similitudes en los genes implicados en el proceso de la fotosíntesis. Por otro lado, un organismo también tiene genes que no son similares a los que se encuentran en otras especies. Este es el caso de las aves, que tienen algunos genes sin ningún nivel de similitud con ningún otro que se encuentre en el genoma de los mamíferos. Investigaciones recientes han demostrado que incluso organismos de especies muy relacionadas (del mismo género) pueden tener genes que no son compartidos.

La caña de azúcar despertó el interés del grupo por algunas características peculiares. Uno de ellos serían los eventos de duplicación del genoma que ocurrieron en el pasado y dieron como resultado múltiples copias del mismo gen. Existe evidencia científica de que genes huérfanos pueden surgir de la copia de un gen preexistente. La copia, con el tiempo, ve modificada su secuencia a consecuencia de mutaciones hasta el punto de que casi no guarda ningún parecido con el gen que la originó.

Também seria possível que os genes órfãos, também chamados de taxonomicamente restritos (taxonomically restricted genes), tenham surgido a partir da reorganização de regiões do genoma que não codificam genes, um fenômeno muito comum em organismos com genomas complexos, como é o caso da cana -de azúcar.

“En el artículo identificamos genes en el genoma de la caña de azúcar que no tienen similitud con ninguno que se encuentre en otros organismos. Creemos que pueden ser responsables de características o patrones fisiológicos específicos de la especie”, dice Cláudio Benício Cardoso-Silva, quien desarrolló el proyecto durante su posdoctorado en el Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (CBMEG) de la Unicamp, con el apoyo de FAPESP.

“Un hecho relevante verificado es que algunos aumentaron o disminuyeron sus niveles de expresión en plantas de caña de azúcar en respuesta a diferentes tipos de estreses abióticos, principalmente el frío”, explica Cardoso-Silva. “Podría ser un indicio de que están siendo regulados como resultado de esos estreses”, agrega el científico, que en su trabajo fue guiado por Anete Pereira de Souza, profesora del Departamento de Biología Vegetal del Instituto de Biología de la Unicamp.

Con los resultados reportados en el artículo, aún no es posible afirmar que los genes huérfanos identificados hagan que la planta sea más tolerante al estrés. “Pero el hecho de que estén siendo regulados en condiciones de estrés alerta sobre la posibilidad de que jueguen un papel importante en estos procesos”, afirma el investigador.

El siguiente paso será verificar cómo se comportan estos genes en términos de expresión en experimentos con plantas sometidas a diversos estreses y compararlos con los de plantas no sometidas a estrés. Con la confirmación de los mejores genes candidatos se abre la posibilidad de aplicación biotecnológica, con su inserción en plantas de interés comercial. Esto permitiría, en el futuro, el desarrollo de variedades de caña de azúcar más tolerantes a diferentes tipos de presiones ambientales.

“Ponemos de relieve esta posibilidad para que cualquiera que quiera recuperar los datos del artículo y continuar la investigación, o que trabaje con transformación o edición de genes, que es otra área de investigación, elija uno o dos genes como candidatos y realizar validaciones”, dice Cardoso-Silva, quien continúa trabajando con genómica en la Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF). "Mi investigación actual se centra en un contexto evolutivo, el estudio de la expansión de las familias de genes".

El investigador pasó un año en la Universidad de Columbia Británica, en Vancouver, Canadá, con una beca de la FAPESP. “Hoy contamos con CRISPR [técnica de edición genética], y este trabajo ofrece a quienes trabajan con biotecnología la selección de genes específicos para la tolerancia al déficit hídrico, la alta salinidad, el frío o el calor excesivo en un momento en que se busca una mayor resiliencia de las plantas cultivadas. , con menos insumos”, comenta Souza.

El artículo Genes taxonómicamente restringidos están asociados con respuestas a estreses bióticos y abióticos en la caña de azúcar (Saccharum spp.) se puede leer en https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.923069/full.