Al analizar el ADN de diferentes células en casi 200 líneas de plantas de maíz, una investigación dirigida por la Universidad de Michigan reveló conocimientos que podrían ayudar a los agricultores a adaptar mejor sus cultivos a un entorno que cambia rápidamente.
por Matt Davenport, Universidad de Michigan
El nuevo estudio, dirigido por Alexandre Marand, revela información previamente oculta sobre la actividad de los genes en diferentes tipos de células. Esto proporciona un contexto esencial que ayuda a comprender mejor cómo la biología molecular de un linaje se relaciona con sus rasgos fácilmente visibles, o su fenotipo. Esto incluye características como la cantidad de mazorcas de maíz que tiene una planta y su tamaño.
«Algo que me resulta realmente sorprendente es que, hace quizás una década, cuando empezaron a publicarse este tipo de estudios, simplemente intentábamos asociar un cambio genético con la evolución de los fenotipos», afirmó Marand, profesor adjunto de biología molecular, celular y del desarrollo. «Lo que este estudio demuestra es que, de hecho, la mayor parte de la variación fenotípica proviene de cambios en la regulación de un gen: cuándo se expresa, dónde se expresa y en qué medida».
Otra forma de ver esto es que hubo una desconexión, en una etapa intermedia, entre nuestra comprensión de la genética de las plantas y las características de las plantas.
Los científicos secuenciaron por primera vez el genoma completo del maíz hace más de 15 años y, desde entonces, han desarrollado la capacidad de detectar incluso diferencias sutiles en el código genético entre especímenes. Sin embargo, estas diferencias a nivel molecular a menudo no explicaban las diferencias a gran escala que más importan a los agricultores.
Así, los investigadores comenzaron a sospechar que la forma en que las diferentes células utilizaban esos genes podría desempeñar un papel importante. Si bien todas las células de un organismo comparten los mismos genes, cada célula los utiliza de forma distinta.
En los últimos cinco años, aproximadamente, la capacidad de los científicos para investigar los genes de las plantas en un contexto celular ha despegado, afirmó Marand. Y el nuevo estudio de su equipo, publicado en la revista Science , es el último paso significativo en esta prometedora tendencia.
«Se trata realmente de conectar los puntos», dijo Marand, quien comenzó el trabajo hace unos años como investigador postdoctoral en la Universidad de Georgia. Ahora ha llegado a su fin gracias, en gran parte, a dos investigadores postdoctorales de su propio laboratorio en la UM: Luguang Jiang y Fabio Gómez-Cano.
«Ahora que podemos hacer esas conexiones, podemos separar los diferentes contextos celulares y empezar a combinar elementos para optimizar las plantas o algún rasgo que nos interese», dijo Marand.
Es como tener un coche, dijo, donde sabemos cuáles son las diferentes piezas y para qué sirven, pero no cómo funcionan. Obtener esa información nos permite comprender mejor el funcionamiento de todo el coche —la planta de maíz en esta analogía— y abre nuevas oportunidades para mejorar su rendimiento.
También ayuda a comprender mejor cómo el ajuste del funcionamiento de un componente influye en otros en el sistema.
«Esto realmente ayuda con la predicción», dijo Marand. «Nos permite preguntarnos de antemano: ‘Si hacemos cambios, ¿serán aditivos o incluso sinérgicos?’. ¿Será uno más uno igual a dos? ¿O quizás 10, o menos 20?».
El trabajo también ayuda a comprender dónde se encuentran las mejores oportunidades de sinergia. El maíz se originó en las regiones tropicales del planeta y ha evolucionado hacia variedades que ahora toleran incluso los climas más templados de Michigan.
Al estudiar tantas variedades diferentes de maíz, el nuevo estudio arrojó mucha luz sobre los cambios evolutivos, ayudando a comprender cómo cambió el maíz a medida que los productores seleccionaron las plantas con mejor rendimiento en su entorno.
«Lo que descubrimos es que muchos de esos cambios implicaban modificaciones en las secuencias reguladoras que estudiábamos, y tienen consecuencias únicas en tipos de células muy específicos», dijo Marand. «Podemos usar esa información para seguir mejorando las plantas y lograr que el maíz se adapte mejor a diferentes climas».
Más información: Alexandre P. Marand et al., La arquitectura genética de la regulación cis específica del tipo celular en el maíz, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads6601
