La memoria de las plantas

Todas las células de un organismo contienen la misma información en su ADN de tal forma que para que puedan existir distintos tipos celulares y se puedan dar los distintos procesos del desarrollo los genes que no se necesitan en un momento determinado deben mantenerse apagados y los que si se necesitan encenderse. Este estado apagado o encendido de los genes se transmite a las células hijas tras la división estableciéndose una memoria celular.

En este proceso participan las proteínas que incorporan modificaciones químicas reversibles en el ADN o en las histonas que junto con el ADN constituyen la cromatina. Estas modificaciones no alteran la secuencia de ADN pero sí a la estructura de la cromatina lo que afecta la expresión de los genes. Combinaciones específicas de estas modificaciones sirven como una especie de código (“el código epigenético”) que determina si el gen ha de ser silenciado o expresado y esta información puede ser transmitida de las células madre a las hijas. La regulación epigenética no solo es importante para el desarrollo apropiado de los animales y plantas, sino que también es crucial para la adaptación al ambiente, especialmente en las plantas que al ser organismos sésiles no pueden salir corriendo y protegerse de las condiciones adversas.

Las plantas están constantemente expuestas a cambios en temperatura, intensidad de la luz, nutrientes y disponibilidad de agua, además de estar desafiadas por varios patógenos e insectos. Para sobrevivir a estas dificultades, han desarrollado mecanismos elaborados de detección de señales que conllevan a cambios rápidos de la expresión génica. Como estas perturbaciones ambientales pueden ocurrir repetidamente, les resulta ventajoso poder recordar incidentes pasados y usar este conocimiento almacenado para adaptarse a los nuevos desafíos.

Uno de los mecanismos de “memoria epigenética” mejor estudiados en las plantas es el de la vernalización. Muchas plantas para florecer en primavera requieren haber pasado un periodo largo de frio, al menos de unos 30-40 días, que conlleva al silenciamiento mantenido de un gen que reprime la floración. Las plantas son capaces de diferenciar entre los periodos cortos de frio debidos a fluctuaciones de la temperatura desencadenando un tipo de respuesta específico, y los largos que conducen a la respuesta de vernalización en la que se crea el recuerdo de que ha pasado el invierno y es seguro florecer.

Otro de estos mecanismos se conoce como “cebado de defensa o priming ”, que controla la respuesta a un ataque de patógenos o herbívoros. Gracias a él, la planta muestra una respuesta más rápida y robusta al patógeno o herbívoro en un segundo ataque en comparación con el primero, lo que aumenta sus posibilidades de supervivencia. Este mecanismo también se ha descrito para varias respuestas de estrés abiótico como estrés por sequía.

En los últimos años distintos trabajos de investigación han dejado claro que el estrés se comunica con la cromatina, y que esta forma y transmite las respuestas al estrés, no obstante estamos lejos de entender los mecanismos epigenéticos subyacentes, en gran medida debido a las limitaciones experimentales. En la naturaleza, las plantas están casi siempre expuestas a varios factores de estrés simultáneamente, lo que resulta en superposición respuestas. Además, los eventos directos son rápidamente seguidos por eventos secundarios y a menudo dejan incontestable la pregunta clásica de causa y consecuencia.

Sin embargo, la aparición de nuevas tecnologías nos brinda la posibilidad de utilizar condiciones de cultivo controladas en las que podamos modificar un único factor y analizar a nivel genómico los cambios inducidos en la cromatina a lo largo del tiempo y en un tipo de tejido determinado. Estos resultados serán cruciales para comprender el papel de los mecanismos epigenéticos en la adaptación ambiental y, posiblemente, en evolución del genoma en las plantas.