Descubren antiguos 'interruptores' de ADN en plantas con 400 millones de años

Los avances en genética han permitido a los investigadores explorar cambios biológicos en un periodo conocido como "tiempo profundo". Este concepto, aunque menos conocido que el de espacio profundo, es esencial para entender la evolución de las especies. Recientemente, un estudio publicado en Science por el Cold Spring Harbor Laboratory y colaboradores internacionales, ha revelado un importante hallazgo en la investigación de las plantas.

Los científicos descubrieron un vasto archivo oculto de ADN en plantas que ha sobrevivido durante más de 400 millones de años. Al comparar cientos de genomas vegetales, identificaron más de 2.3 millones de secuencias de ADN reguladoras que funcionan como interruptores genéticos, controlando cuándo y cómo se activan los genes. Estas secuencias, conocidas como secuencias conservadas no codificantes (CNSs), fueron detectadas utilizando una nueva herramienta computacional llamada Conservatory, desarrollada por un equipo de laboratorios que incluye a Idan Efroni de la Universidad Hebrea, Madelaine Bartlett del Sainsbury Laboratory de la Universidad de Cambridge, y Zachary Lippman del CSHL.

Algunos de estos CNSs son extremadamente antiguos, y los investigadores encontraron evidencia de que ciertas secuencias se originaron antes de que las plantas con flores se separaran de sus ancestros no florales, hace más de 400 millones de años.

Metodología de Comparación de Genomas

La clave para descubrir un número tan elevado de secuencias reguladoras ocultas fue el enfoque de los investigadores en examinar la organización y composición de grupos de genes a una escala muy pequeña. Al comparar cómo se disponen estos grupos de genes en cientos de genomas vegetales y rastrear sus patrones desde especies ancestrales hasta plantas modernas, lograron detectar elementos conservados que métodos anteriores habían pasado por alto.

Anat Hendelman, investigadora postdoctoral en CSHL y coautora del estudio, expresó su sorpresa por la cantidad de estas secuencias reguladoras que habían permanecido sin ser notadas. "Descomponer y editar genéticamente estos CNSs confirmó que son esenciales para la función de desarrollo", comentó Hendelman.

Patrones de Evolución del ADN Regulador en Plantas

El estudio también reveló tres patrones importantes que ayudan a explicar cómo evolucionan los CNSs en los genomas de las plantas. Primero, aunque el espacio físico entre estas secuencias puede cambiar, su orden a lo largo del cromosoma tiende a mantenerse constante. Segundo, cuando los genomas de las plantas se reorganizan durante la evolución, los CNSs pueden vincularse a diferentes genes. Tercero, los CNSs antiguos a menudo permanecen presentes después de que los genes se duplican, lo que es un motor importante en la evolución del genoma y de las familias de genes en las plantas.

Lippman explicó que esta fue una de las razones por las cuales los CNSs no pudieron ser descubiertos utilizando los mismos enfoques que en los animales. "No solo encontramos CNSs usando este enfoque innovador, sino que también descubrimos que nuevas secuencias reguladoras a menudo provienen de antiguos CNSs que fueron modificados tras la duplicación de genes. Esto ayuda a explicar cómo emergen nuevos elementos reguladores".

Un Nuevo Atlas para la Biología Vegetal y la Ciencia de Cultivos

El proyecto Conservatory ha creado lo que los investigadores describen como un "atlas integral de la conservación reguladora a través de las plantas, incluyendo docenas de especies de cultivos y sus ancestros silvestres". Los biólogos vegetales, como David Jackson, colaborador del CSHL, ahora pueden utilizar este recurso para explorar cómo se ha preservado y transformado el ADN regulador a lo largo de la evolución de las plantas.

Los hallazgos pueden resultar especialmente valiosos para los criadores de cultivos que buscan abordar desafíos como la sequía y la escasez de alimentos. Sin embargo, la importancia del descubrimiento va más allá de la agricultura. Como enfatizó Lippman, "es una nueva ventana hacia la evolución de la vida a través de los eones y una nueva oportunidad para diseñar o ajustar eficientemente las características de los cultivos".

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