Descubrir el metabolismo de los álamos
El álamo es sin duda un árbol muy popular. Es un cultivo maderero fundamental, un sistema modelo para la investigación molecular e incluso un prometedor cultivo de biomasa para futuras biorrefinerías, tal y como se explora en el proyecto PHYSIO-POP. «Muchos investigadores trabajan con álamos para comprender procesos que están muy desarrollados en los árboles, como la formación de la madera», explica Wout Boerjan(se abrirá en una nueva ventana), catedrático de la Universidad de Gante(se abrirá en una nueva ventana) e investigador principal del Centro VIB de Biología de Sistemas Vegetales(se abrirá en una nueva ventana). «Cuanta más información tengamos sobre un sistema modelo determinado, más rápido se podrá recopilar nueva información». «Acelera los nuevos descubrimientos», afirma. Sin embargo, aunque ya conocemos muchos de los metabolitos del álamo, aún quedan muchos por descubrir. La identificación de las estructuras de los metabolitos y el descubrimiento de sus vías biosintéticas y genes podrían utilizarse para crear mejores árboles. «Por mejores árboles se entiende árboles que producen madera más fácil de convertir en pulpa o azúcares fermentables, utilizando menos productos químicos o menos energía, por ejemplo», señala Boerjan. «Ya hemos demostrado que la regulación negativa de los genes implicados en la biosíntesis de la lignina puede mejorar significativamente la eficiencia del procesamiento de la madera de álamo». En el proyecto POPMET(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), Boerjan y su equipo usaron varias técnicas para estudiar los metabolitos y sus vías en la madera, la corteza y las hojas del álamo. La investigación ya ha dado sus frutos. «Hemos secuenciado los genomas de 750 álamos negros y tenemos los perfiles metabólicos de todos estos árboles, por lo que disponemos de una enorme base de datos de compuestos y genes que podrían estar involucrados en su biosíntesis», añade Boerjan. «Esta base de datos es el comienzo de muchos descubrimientos y solicitudes de subvenciones».
Extracción y análisis de metabolitos
En el proyecto, el equipo primero extrajo metabolitos de hojas de álamo. A continuación, usaron una técnica conocida como cromatografía líquida de ultra alto rendimiento con espectrometría de masas (UHPLC-MS) para separar los miles de compuestos que había dentro y predecir cuáles eran estructuralmente similares. A continuación, crearon redes de metabolitos relacionados estructuralmente, que representan vías biosintéticas provisionales. Para descubrir los genes que codifican las enzimas en esas vías tentativas, el equipo comparó la variación natural en la abundancia de un metabolito determinado con la variación en la secuencia de ADN en la población de 750 álamos genéticamente diferentes. Ello permitió identificar genes biosintéticos importantes. Por último, para demostrar que estos genes codifican enzimas implicadas en la producción de compuestos clave, se producen las enzimas correspondientes en «Escherichia coli» para realizar pruebas enzimáticas, y también se utiliza la edición genética CRISPR-Cas en álamos para eliminar el gen. Seguidamente, los investigadores comprueban si el compuesto del producto previsto sigue fabricándose.
Más allá de las vías metabólicas
«El álamo es un cultivo maderero que se cruza fácilmente para producir híbridos de rápido crecimiento entre diferentes especies de álamo, y también es susceptible de ingeniería genética y edición genética», afirma Boerjan. «El equipo espera ahora identificar genes adicionales para diseñar nuevas formas de mejorar el rendimiento y la calidad de la biomasa. La población secuenciada de árboles también se puede utilizar para recuperar genes implicados en el crecimiento en altura y diámetro, o en la tolerancia a enfermedades y plagas, por ejemplo». Los investigadores seguirán trabajando con los datos de POPMET gracias a nuevas subvenciones, con el fin de realizar un seguimiento de los cientos de genes relacionados con las vías metabólicas identificadas en el proyecto. «Si alguien está interesado en descubrir la biosíntesis de un metabolito concreto del álamo o en probar la actividad biológica de un metabolito del álamo, puede contactar conmigo», añade Boerjan.
