Cuando pensamos en la evolución, a menudo nos viene a la mente el cambio gradual: los dinosaurios transformándose en aves, los antiguos bosques dando paso al mundo que nos rodea. Sin embargo, detrás de estas transformaciones se esconde una historia más sutil, que ocurre a nivel del ADN de las plantas. Es una historia de conservación, persistencia e información molecular incrustada en los genomas ancestrales que ha sobrevivido durante cientos de millones de años.
Durante décadas, los biólogos se han enfrentado a una extraña contradicción. Los genes en sí mismos a menudo permanecen sorprendentemente similares entre especies, incluso cuando estas se separaron hace eones. Sin embargo, el ADN que controla cuándo esos genes se activan o desactivan, el llamado ADN regulador, parecía mucho menos predecible. La rápida renovación del ADN, las duplicaciones y los reordenamientos genómicos parecían borrar el rastro. Muchos se preguntaban si las plantas habían conservado secuencias reguladoras en absoluto.
Ahora, un avance ha reescrito esta narrativa. En un estudio exhaustivo publicado en la revista Science, investigadores del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL) y colaboradores de todo el mundo descubrieron más de 2,3 millones de secuencias no codificantes conservadas (CNS), incluyendo más de 3.000 que datan de antes de la aparición de las angiospermas, a partir de 284 especies de plantas que abarcan 300 millones de años de diversificación.
Estas secuencias antiguas no eran meros vestigios. Se agrupaban cerca de genes reguladores del desarrollo, como la familia HOMEOBOX, y cuando los investigadores las mutaron, las plantas mostraron cambios drásticos en su crecimiento y forma. En otras palabras, estos interruptores ocultos son esenciales para la vida.
Scientists Sequence a Whole Genome to Identify Plant Species
Utilizando una nueva herramienta computacional llamada Conservatory, el equipo rastreó estas secuencias en 284 especies. Algunas de estas secuencias son increíblemente antiguas, que se remontan a más de 400 millones de años, mucho antes de que aparecieran las plantas con flores.
La clave del estudio reside en un análisis cuidadoso. Los investigadores no escanearon los genomas de forma generalizada, sino que examinaron los grupos de genes a una escala fina y compararon su disposición, a una escala diminuta, de un ancestro a otro, a lo largo de cientos de especies. Esto reveló elementos conservados que los métodos anteriores habían pasado por alto.
Anat Hendelman, investigadora postdoctoral del CSHL y co-primera autora, admitió que el equipo quedó asombrado: “Desentrañar y editar genéticamente estas CNS confirmó que son esenciales para la función del desarrollo.”
El estudio también reveló tres principios rectores de la evolución de las CNS en las plantas. Primero, el orden importa: incluso si el espaciamiento cambia, el orden de la secuencia a lo largo de los cromosomas se mantiene constante. Segundo, se forman nuevos enlaces: cuando los genomas se reordenan, las CNS pueden adherirse a diferentes genes. Y tercero, perduran las guías antiguas: las CNS antiguas a menudo persisten después de la duplicación de genes, impulsando la evolución de nuevos rasgos.
Scientists successfully created gorgeous glowing plants
Zachary Lippman, del CSHL, explicó: “No solo encontramos CNS, sino que descubrimos que las nuevas secuencias reguladoras a menudo provienen de las antiguas, remodeladas después de la duplicación. Así es como surge la novedad.”
Este proyecto Conservatory permite a los científicos acceder a un atlas completo del ADN regulador de las plantas que abarca cultivos y sus ancestros silvestres. Para los biólogos y criadores de plantas, esto es más que un tesoro académico; es una herramienta práctica. Comprender cómo se ha conservado y remodelado el ADN regulador podría ayudar a ajustar los cultivos para resistir la sequía, mejorar los rendimientos y abordar la escasez de alimentos.
Pero las implicaciones van más allá. Como señaló Lippman, “Es una nueva ventana a la evolución de la vida a lo largo de los eones y una nueva oportunidad para diseñar o ajustar los rasgos de los cultivos de manera más eficiente.”
La mayoría de nosotros hemos oído hablar del espacio profundo, la vasta extensión salpicada de estrellas más allá de la Tierra. Pero los científicos también exploran algo igualmente misterioso: el tiempo profundo.
El tiempo profundo no es solo una idea, sino un registro vivo grabado en el ADN de las plantas. Descifrar estas secuencias reguladoras antiguas permite a los científicos resolver un rompecabezas que ha persistido durante décadas. También abre nuevos caminos para la agricultura y revela nuevos capítulos en la historia de la vida misma.
Journal Reference:
- Kirk Amundson, Anat Hendelman, Danielle Ciren et al. A deep-time landscape of plant cis-regulatory sequence evolution. Science. DOI: 10.1126/science.adt8983
