Parte del equipo del Epilab con el investigador Daniel Grimanelli, quien realizó una estancia de verano en este espacio
Susana Castillo
La revista británica Nature, una de las más importantes del mundo en materia científica, publicó un estudio en el que participó el investigador Mario Arteaga Vázquez, del Laboratorio de Epigenética y Biología del Desarrollo (Epilab), adscrito al Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada (Inbioteca) de la Universidad Veracruzana (UV).
El artículo “Architecture and evolution of a minute plant genome” trata sobre la secuenciación del genoma de la planta carnívora acuática Utricularia gibba, cuyo genoma es diferente al de todas las plantas que se han secuenciado hasta ahora.
La gran mayoría de los genomas de las plantas y animales tienen en sus secuencias fragmentos de ADN (ácido desoxirribonucleico) que no producen proteínas. En el genoma humano, por ejemplo, 98 por ciento no produce proteínas (es decir, es ADN no codificante, también conocido sin fundamento científico como ADN basura) y no se sabe a ciencia cierta cuál es su función. Para tener una referencia en plantas, 80 por ciento del ADN del maíz es no codificante.
Pero la Utricularia gibba va en contra de cómo se organizan todos los genomas, pues más de 90 por ciento de su información genética sí produce proteínas, lo cual rompe los paradigmas establecidos hasta ahora.
Arteaga relató que a finales del año pasado, un grupo de especialistas de la iniciativa Enciclopedia of DNA Elements (Encode), que tiene como objetivo caracterizar para qué sirve todo el genoma –principalmente la porción no codificante–, reportó que la gran mayoría del ADN sí tenía una función biológica y su presencia correlacionaba con la complejidad celular de los organismos. Esto ha causado mucha controversia porque las bases científicas empleadas para la asignación de una supuesta función no son muy claras. El hallazgo en la Utricularia gibba pone en entredicho lo anterior.
La planta Utricularia gibba (Foto: Enrique Ibarra, Claudia Pérez y Paulina Lozano)
Ésta, que pertenece a la familia de las angiospermas o plantas con flores, crece en ambientes muy pobres en fósforo y nitrógeno y la forma en la que equilibra esta falta de nutrientes es ingiriendo insectos.
Tales aportaciones fueron las que llamaron la atención de Nature, que se caracteriza por publicar artículos de interés y trascendencia científica. El artículo “Architecture and evolution of a minute plant genome” fue publicado en línea el pasado 12 de mayo (se puede leer el artículo aquí) y también en la versión impresa que empezó a circular el 6 de junio de este año (Nature 498, pp. 94-98).
El Epilab del Inbioteca fue fundado por los investigadores Mario Arteaga Vázquez y Ana Dorantes Acosta, quienes se incorporaron a la UV en octubre de 2010, específicamente a este Instituto dirigido por Juan Carlos Noa Carrazana. En el Laboratorio, que se inauguró el 8 de marzo de 2011, se desarrollan dos líneas de investigación: El estudio de la regulación epigenética durante el desarrollo de las plantas, liderado por Arteaga; y el estudio de la regulación genética en respuesta al estrés biótico y abiótico, encabezado por Dorantes.
La línea que dirige Arteaga busca entender cómo actúan los genes para fabricar un organismo. Como modelos de estudio utiliza diversas plantas, entre ellas el maíz, Arabidopsis thaliana y Marchantia polymorpha. De hecho los universitarios son pioneros en el país en trabajar con esta especie hepática, estudiada desde 1813 en Japón, y están tratando de establecerla como modelo en México. En colaboración con otras instituciones, también han trabajado con tomate verde y la Utricularia gibba.
Además de entender cómo actúa la regulación genética en el desarrollo de un organismo, en el Epilab también analizan cómo responden las plantas al medio ambiente. Dicha área es encabezada por la también profesora Ana Dorantes Acosta.
Ella estudia cómo responden las plantas ante el estrés del entorno, en condiciones de sequía y calor, por ejemplo. Tratar de juntar toda esta información sirve para saber cómo las plantas modifican sus patrones de expresión para responder al ambiente y heredar dicha información a sus descendientes.
“Los cambios epigenéticos se refieren al cambio en la expresión de los genes que no se deben a mutaciones en el DNA”, señaló Arteaga.
Así, este espacio de investigación busca combinar ambas vertientes: entender cómo el ambiente influye en la expresión de genes y esto de que influye en los procesos de desarrollo para fabricar una planta y cómo ésta puede sobrevivir en el medio ambiente.
Más de 90 por ciento de la información genética de la planta produce proteínas (fuente: www.wiki-plante-carnivore.com/images/)
El interés por la ciencia
La publicación en Nature no habría sido posible si en 1998 Mario Arteaga no le hubiera escrito al doctor Luis Herrera Estrella, uno de los investigadores mexicanos más destacados en el área de biología molecular, para solicitarle hacer un Verano de la Investigación Científica.
“Estudiaba Biología en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla y vi una portada de la revista Muy interesante que hacía referencia a su trabajo. Fue así que lo contacté para hacer el Verano y después, en 1999, dirigió mi tesis, junto con Aída Martínez Hernández. Luis fue la primera persona que me dio la oportunidad de hacer ciencia.”
Más tarde el universitario cursó el doctorado en el Cinvestav Irapuato, en la Unidad de Biotecnología de Plantas, con el especialista en genética molecular Jean Philippe Vielle Calzada. Ahí conoció a Ana Dorantes, egresada de la Licenciatura en Química de la UV.
Al egresar realizaron un posdoctorado en la Universidad de Arizona, donde permanecieron cuatro años y medio, mas nunca perdieron contacto con sus mentores. Tras regresar de Estados Unidos aplicaron a diversos centros de investigación y se decidieron por la UV ya que detectaron el potencial que esta casa de estudios les ofrecía para seguir desarrollando sus investigaciones.
El Epilab se montó en un espacio de tres por cinco metros, el mismo donde se desarrolló parte de la investigación publicada en Nature.
Mario Arteaga trabaja con regulación epigenética de la expresión de genes, “es decir, cómo se accede a toda la información que tenemos almacenada en nuestro genoma”.
En el núcleo de cada célula se encuentra el ADN, que es toda la información necesaria para fabricar un organismo.
Pero hay distintas formas en las que fluye dicha información. Por ejemplo, para producir proteínas es necesario un intermediario, que sería una molécula de ARN.
Ana Dorantes Acosta
El genoma, explicó, es como una biblioteca personal y cada cromosoma es un libro (los humanos tienen 23 pares de cromosomas). De manera muy general, cada página equivaldría a un gen y el ARN (ácido ribonucleico) es como si se copiara la información que ahí aparece para respaldarla. Es una versión resumida del gen y a partir de él se puede fabricar una proteína.
“Si el libro fuera de recetas, el ARN sería la información mínima necesaria para hacer, por ejemplo, una ensalada (proteína) y el libro equivaldría al ADN.”
Existen mecanismos en los cuales el ARN puede modificar el flujo de información genética que produce una proteína.
Pero recientemente se han descubierto pequeñas partículas de ARN que regulan su fabricación. Dentro de éstas se encuentran los microARNs, que están presentes en todos los organismos eucariotes (plantas y animales) y son indispensables para su funcionamiento.
Tal afirmación se basa en experimentos en los que se observó que si se eliminan genes que son necesarios para producir microARNs, los organismos mueren.
Enrique Ibarra Laclette fue quien invitó a Mario Arteaga a participar en la secuenciación de la planta carnívora Utricularia gibba, investigación liderada por Luis Herrera Estrella, miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y director del Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (Langebio) del Cinvestav.
“Ellos habían encontrado cosas interesantes respecto a cómo está ‘empacado’ el genoma en esta planta. Me contactó para que analizara este mecanismo de control mediado por ARN.”
Para el universitario, muy pocos investigadores en el mundo tienen oportunidad de publicar en Nature, esto demuestra que se puede hacer ciencia de calidad en la UV.
En 2014 el Inbioteca cumplirá 10 años de haberse fundado y siete de trabajar en el edificio aledaño al Campus para la Cultura, las Artes y el Deporte.
En la actualidad Mario Arteaga trabaja con la Marchantia polymorpha, el ancestro de las primeras plantas terrestres, como modelo para el estudio evolutivo y funcional de mecanismos epigenéticos y de regulación de la expresión genética mediada por ARN: “Este proyecto nos posiciona como los pioneros en México en el estudio de la regulación de la expresión genética durante el desarrollo de Marchantia polymorpha en condiciones óptimas y bajo condiciones ambientales desfavorables (estrés biótico y abiótico) desde una perspectiva evolutiva y de genómica comparativa”. Dicho trabajo está inscrito como proyecto nacional Conacyt-Ciencia Básica 158550.
Además participa en el proyecto internacional entre la University of California Institute for Mexico and the United States (UC Mexus) y el Conacyt, titulado “Genómica comparativa de mecanismos de silenciamiento basados en ARNs pequeños en las plantas terrestres”.
“El objetivo de este proyecto es estudiar la evolución de los genes involucrados en la regulación genética mediada por ARNs no-codificantes en Marchantia polymorpha, incluyendo a los microARNs, siARNs y tasiARNs.”
Asimismo lidera el proyecto “Epimaize: Regulación epigenética durante la formación de las semillas del maíz”, proyecto internacional con L’Institut de Recherche pour le Développement (IRD) de Francia: “Estamos caracterizando el papel de la regulación epigenética sobre la formación de las semillas del maíz, mediante análisis citológicos, de transcriptómica y de genómica comparativa”.
