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Científicos dan el primer paso hacia el algodón modificado epigenéticamente

Con los precios bajos y los patrones meteorológicos impredecibles, estos son tiempos difíciles para los productores de algodón de Estados Unidos, pero una nueva investigación dirigida por Z. Jeffrey Chen en la Universidad de Texas en Austin podría ofrecer un descanso para la industria. Él y su equipo han dado el primer paso hacia una nueva forma de producir algodón más productivo y vigoroso, a través de un proceso llamado modificación epigenética.

En las últimas décadas, los científicos han descubierto que muchos rasgos de los seres vivos son controlados no sólo por su genética (que está escrito en el código de su ADN) sino también por procesos fuera de su ADN que determinan si, cuándo y cuánto se expresan los genes, lo cual se conoce como epigenética. Esto abre la posibilidad a nuevas formas de mejorar plantas y animales. Al activar y desactivar selectivamente la expresión génica, los fitomejoradores podrían crear nuevas variedades sin alterar los genes.

En este último estudio, los investigadores identificaron más de 500 genes que se modifican epigenéticamente entre variedades de algodón silvestre y algodón domesticado, algunos de los cuales se sabe que se relacionan con rasgos agronómicos y de domesticación. Esta información podría ayudar a la selección de los tipos de rasgos que los fitomejoradores quieren alterar, como el rendimiento de las fibras o la resistencia a la sequía, el calor o las plagas. Por ejemplo, las variedades de algodón silvestre podrían albergar genes que les ayuden a responder mejor a la sequía, pero han sido silenciados epigeneticamente en el algodón domesticado.

“Esta comprensión nos permitirá complementar el mejoramiento genético con el mejoramiento epigenético”, dice Chen, Profesor de Genética Molecular de Plantas en el Departamento de Biociencias Moleculares. “Ya que ahora sabemos cómo los cambios epigenéticos afectan la floración y las respuestas al estrés, se podrían reactivar los genes sensibles al estrés en el algodón domesticado”.

En un estudio publicado ayer en la revista Genome Biology, Chen y sus colegas de la Universidad de Texas A&M y la Universidad Agrícola de Nanjing en China informaron que produjeron un “metiloma”: una lista de genes y elementos genéticos que se han encendido o apagado a través de un proceso llamado metilación del ADN. Un metiloma proporciona pistas importantes para las empresas de biotecnología que quieren adaptar los cultivos mediante la modificación epigenética. Este metiloma cubre la forma más ampliamente cultivada de algodón, conocida como algodónm de tierras altas (Upland) o algodón americano; su primo, Pima o algodón egipcio; y sus parientes silvestres, mientras que muestra cómo estas plantas cambiaron durante más de un millón de años.

“Saber cómo cambió el metiloma durante la evolución y la domesticación ayudará a acercar esta tecnología a la realidad”, dice Chen.

El algodón es el principal cultivo de fibra cultivado en el mundo, con más de 150 países involucrados en la exportación e importación de algodón. Los ingresos empresariales anuales estimulados por el algodón en la economía de los Estados Unidos superan los 100.000 millones de dólares, lo que la convierte en la principal cosecha de valor añadido de Estados Unidos.

Los investigadores descubrieron que los cambios en la metilación del ADN ocurrieron cuando las variedades silvestres se combinaron para formar híbridos, los híbridos se adaptaron a los cambios en su ambiente y finalmente, los seres humanos los domesticaron. Un hallazgo clave es que el cambio que permitió al algodón pasará de una planta adaptada para crecer sólo en los trópicos a uno que crece en muchas partes del mundo no fue un cambio genético, sino epigenético.

El algodón americano o Upland (a la derecha) evolucionó a partir de la hibridación de dos especies ancestrales, una similar a G. raimondii (izquierda) y otra similar a G. arboreum (al medio). La selección y la domesticación produjeron fibras más largas y de mayor calidad que cualquiera de los antepasados. Crédito: Chen Laboratory/Univ. of Texas at Austin.

Los investigadores descubrieron que el algodón silvestre contiene un gen metilado que le impide florecer cuando las horas diurnas son largas, como sucede en verano en muchos lugares, entre ellos Estados Unidos y China. En el algodón domesticado, el mismo gen perdió esta metilación, permitiendo que el gen se expresara, un cambio epigenético que permitió que el algodón fuera global.

Chen dice que los fitomejoradores modernos pueden modificar la metilación de genes con productos químicos o mediante tecnologías de modificación con edición de genes, como CRISPR/Cas9. Estos métodos podrían permitir a los mejoradores realizar cambios específicos en el epigenoma de una planta y crear nuevas razas con rasgos mejorados. El mejoramiento epigenético podría aplicarse no sólo al algodón sino a muchos otros cultivos importantes como el trigo, la canola, el café, las papas, los plátanos y el maíz.

La nueva investigación se basa en el mapa de secuencias genéticas más completo del algodón estadounidense (o Upland) hasta la fecha, que también fue desarrollado por Chen y sus colaboradores en 2015.

Investigaciones anteriores rastrearon los orígenes del algodón domesticado hacia 1,5 millones de años atrás, cuando dos especies silvestres diferentes formaron un híbrido que eventualmente dio lugar a las modernas especies Upland y Pima. Chen y su equipo encontraron que los cambios de metilación del ADN en un híbrido similar desarrollado actualmente se compartieron con los de algodones silvestres y cultivados, lo que sugiere que estos cambios han persistido a través de la evolución, selección y domesticación. Es una buena noticia para los mejoradores que quieren estar seguros de que los cambios que hacen hoy no se desvanecerán rápidamente en las generaciones futuras.

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