Estudio de la genética de la endodermis de las raíces vegetales
La compartimentalización es una característica de los seres vivos que se manifiesta a todos los niveles, desde los órganos hasta las células. Mantener separados elementos como los nutrientes y controlar su dispersión es fundamental para el correcto funcionamiento biológico. Las raíces vegetales están divididas por una estructura cilíndrica conocida como «endodermis». Las bandas de Caspary son una estructura celular de la endodermis que controla el flujo de nutrientes hacia la parte central de las raíces. Las plantas mutantes que no pueden formar esta barrera presentan un crecimiento atrofiado y limitaciones para hacer frente a condiciones ambientales estresantes, por lo que comprender cómo se forman las bandas de Caspary tiene una gran importancia tanto teórica como práctica. «Dilucidar los mecanismos moleculares que subyacen al desarrollo de las bandas de Caspary podría mejorar la comprensión del crecimiento vegetal», comenta Anaxi Houbaert, investigador postdoctoral del Departamento de Biología Molecular Vegetal de la Universidad de Lausana e investigadora principal del proyecto Wall-E. «La identificación de todas las proteínas implicadas en la formación de las bandas de Caspary podría conllevar la mejora genética de cultivos para mejorar su resiliencia a entornos estresantes». En el último decenio, se han logrado avances notables en la identificación de las proteínas implicadas en la formación de las bandas de Caspary. Sin embargo, las bases genéticas subyacentes son intrincadas, ya que diferentes genes tienen la misma función y algunos genes tienen varias funciones. En el proyecto Wall-E, financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie, Houbaert dirigió un equipo que desarrolló un innovador método de cribado genético para dilucidar este enigma genético y reconstruir desde cero el proceso de formación de las bandas de Caspary.
Descubrir los genes adecuados mediante un regulador principal
Para definir el conjunto mínimo de genes necesario, Houbaert y sus colaboradores se centraron en el myb36, un factor de transcripción que regula la actividad de genes esenciales para el desarrollo de las bandas de Caspary. «Myb36 es un regulador principal cuya ausencia impide la formación de las bandas de Caspary», explica Houbaert. En las plantas mutantes en las que la expresión de myb36 está suprimida, hay 150 genes inactivos, aunque es poco probable que todos ellos participen en el desarrollo de las bandas de Caspary. Por ello, los investigadores del proyecto redujeron primero la lista de genes que había que detectar, basándose en conocimientos previos, predicciones y suposiciones razonables. De este modo obtuvieron una lista con sesenta genes candidatos. A continuación, transformaron el mutante myb36, lo que le permitió expresar cinco genes esenciales previamente caracterizados para la formación de las bandas de Caspary. Incluso cuando estos cinco genes se expresaban, la planta seguía sin poder formar las bandas de Caspary. Ahora el equipo se propone utilizar la tecnología de activación génica CRISPR (CRISPRa) para encontrar, entre la lista de sesenta candidatos, aquellos genes que mejoran la formación de bandas.
Avance de las técnicas genéticas
En el proyecto Wall-E se demostró satisfactoriamente el uso de CRISPRa para coactivar diferentes genes implicados en el mismo circuito genético. Es más, el nuevo proceso de cribado genético desarrollado se podría utilizar con otros organismos. «Poder descomponer las bases genéticas de una estructura para reconstruirla desde cero con un cribado de reconstitución constituye una herramienta potente para descubrir nuevas funciones génicas», observa Houbaert. También puede poner de manifiesto los vacíos en la comprensión de cualquier ruta molecular, añade el investigador. Si la activación de genes específicos en una ruta no conlleva la recuperación de una función, se demuestra que otros genes también son esenciales. «Este método se podría aplicar a cualquier ruta y a diferentes organismos modelo, ya que se ha demostrado que los sistemas de CRISPRa funcionan bien tanto en animales como en plantas —concluye Houbaert—. El único requisito previo es tener conocimientos sobre una determinada ruta para elegir los genes candidatos».
Palabras clave
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