Los elementos básicos del jardín aromático, como el tomillo, la albahaca y la lavanda (parte de la extensa familia de la menta) esconden algunos secretos de gran tamaño con grandes aplicaciones, según investigadores de la Universidad Estatal de Michigan.
por Connor Yeck, Universidad Estatal de Michigan
Mientras desentrañaban la composición genética de un pariente de la menta llamado roble molido, los bioquímicos de la MSU descubrieron que poseía un genoma verdaderamente masivo, casi tan grande como el nuestro, así como un grupo de genes extragrande y cuatro juegos de cromosomas.
Los miembros de la familia de las plantas de menta son conocidos por sus propiedades anticancerígenas, antiplagas y antivirales naturales. Desvelar los misterios genéticos del roble molido acerca a los investigadores a la reproducción en laboratorio de estas potentes sustancias químicas vegetales en grandes cantidades.
«¿Qué pasaría si pudiéramos rociar nuestras verduras con un producto natural que hiciera que un ciervo o un insecto hambriento dijera ‘No, gracias’?», dijo el investigador de la MSU Björn Hamberger, señalando los posibles usos en la agricultura a gran escala.
«Estas plantas también tienen interesantes propiedades antimicrobianas, que podrían ayudar con los problemas que vemos hoy en día relacionados con la resistencia a los antibióticos», añadió.
Los hallazgos del equipo se publican en la revista Plant Communications .
«Este proyecto fue como muchos otros, en los que entramos pensando que sabíamos exactamente qué hacer», dijo Hamberger. «Hemos aprendido una vez más que las plantas siempre tienen algo más bajo la manga».
Una reunión familiar
Los humanos han aprovechado al máximo la deslumbrante diversidad química de la familia de la menta durante milenios, desde la medicina y las fragancias hasta los conocidos usos culinarios.
En la MSU, Hamberger estudia estos productos químicos eclécticos, más conocidos como metabolitos especializados, y en particular un grupo de moléculas llamadas terpenoides.
Los metabolitos especializados son moléculas que las plantas desarrollan para darles una ventaja adicional en su entorno. Son diferentes de los metabolitos primarios, que son las moléculas que una planta necesita para procesos básicos de supervivencia como el crecimiento y la reproducción.
Podrías pensar en esta mezcla molecular como los ingredientes necesarios para hornear un pastel.
Si los metabolitos primarios son la harina, la mantequilla y el azúcar que forman la base del pastel, los metabolitos especializados son sabores como el chocolate o la vainilla que lo hacen totalmente único para cada ocasión.
Cuando una planta encuentra su nicho ecológico y lo habita durante decenas de millones de años, desarrolla un tesoro de metabolitos especializados para adaptarse y prosperar. Estas moléculas únicas son la fuente de interesantes propiedades químicas presentes en toda la familia de la menta, ya sea la capacidad del cóleo indio para tratar el glaucoma, o la salvia texana, cuya química antimicrobiana puede utilizarse contra la tuberculosis.
«Las plantas no pueden darse el lujo de escapar de las plagas o los patógenos, por lo que recurren a la química para lograrlo», dijo Hamberger, profesor titular de la Cátedra James K. Billman en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular.
Anteriormente, el Laboratorio Hamberger logró grandes avances al explorar esta variedad genética y química.
En 2023, su equipo descifró el genoma de la baya americana, un arbusto con bayas de color magenta brillante cuya química nativa repele mosquitos y garrapatas. Esto ayudó a esclarecer cómo la familia de la menta había diversificado su química a lo largo de los siglos.
La investigación, que en última instancia buscó sintetizar compuestos que pudieran usarse como pesticidas rentables, le valió a los miembros del laboratorio de Hamberger, Abigail Bryson y Nicholas Schlecht, el Premio Neogen Land Grant de la MSU.
En busca de nuevas sorpresas científicas en la familia de la menta, Bryson eligió el roble molido, poco estudiado, como próximo objetivo del laboratorio. Presente en toda la cuenca mediterránea, este arbusto abultado con flores de color púrpura rosado debe su nombre a la forma de sus diminutas hojas.
«Pensamos: secuenciaremos el roble molido, descubriremos cómo las plantas obtienen sus productos químicos útiles y crearemos un modelo para desarrollar terapias derivadas de plantas en el laboratorio», dijo Hamberger.
«Todo iba bien hasta que Abby descubrió que el roble molido nos tenía reservada una sorpresa enorme e inesperada», añadió.
Rompecabezas y grupos
En la planta Arabidopsis, comúnmente estudiada, encontrará unos modestos 135 millones de pares de bases de ADN.
Imaginemos entonces la sorpresa de Bryson y Hamberger cuando se descubrió que su roble molido contenía unos tres mil millones de pares de bases, casi tantos como el genoma humano .
Para controlar estas enormes sumas genéticas, Bryson perfeccionó sus habilidades bioinformáticas, trabajando junto a Robin Buell, ex profesor de la Fundación de Investigación de la MSU y actual titular de la Cátedra Eminente de Genómica de Cultivos de la Georgia Research Alliance en la Universidad de Georgia.
«Cuando ensamblas un genoma, es como si tuvieras partes de oraciones de un libro y estuvieras tratando de descifrar lo que dice la historia, línea por línea, capítulo por capítulo», dijo Bryson, autor principal del artículo y actual investigador postdoctoral en el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth.
«Algo difícil de imaginar sobre los genomas es el tamaño de los datos con los que trabajamos. Si el genoma tuviera el tamaño de un libro real, su grosor sería de cientos de pies, y los genomas humano y del roble molido tendrían aproximadamente el tamaño del quinto edificio más alto del mundo», añadió.
Los esfuerzos de investigación del grupo se beneficiaron además de los colaboradores del Departamento de Biología Vegetal Kevin Childs y Jiming Jiang e hicieron uso de la instalación de resonancia magnética nuclear Max T. Rogers de la MSU.
Equipaje genético
Además del impresionante tamaño del genoma del roble molido, el equipo encontró sorpresas adicionales que ayudaron a completar la imagen de cómo la familia de la menta desarrolló su potente química natural.
«Descubrimos que el roble molido es tetraploide, lo que significa que tiene cuatro copias de su genoma. En comparación, los humanos somos diploides, por lo que tenemos dos: una de la madre y otra del padre», explicó Bryson.
«Imagínense tener que clasificar y resolver cuatro rompecabezas metidos en la misma caja: eso es lo que Abby logró», agregó Hamberger, señalando los desafíos de secuenciar un paisaje genético tan complejo.
También se reveló que el roble molido contenía un grupo genético increíblemente grande. Se trata de una región genómica donde genes con funciones similares se encuentran muy cerca.
El Laboratorio de Hamberger encontró un grupo similar, más pequeño, en su estudio anterior sobre la baya de la belleza americana, lo que los llevó a creer que este grupo está evolucionando dinámicamente en muchas plantas de la familia de la menta.
Pero, ¿por qué duplicar o agrupar los genes en primer lugar? Hamberger afirma que se reduce a una cuestión de simple eficiencia evolutiva.
Si un conjunto de información genética ya está desempeñando una función importante, su duplicado es libre de desarrollar funciones más nuevas.
En cuanto a tener genes similares agrupados, Hamberger lo compara con tener el equipaje facturado llegando al destino correcto después de varios vuelos.
«Una vez que los materiales están compactados, es más fácil pasarlos a la siguiente generación», explicó.
Con estos últimos hallazgos, los bioquímicos están dando el siguiente paso hacia la reproducción de moléculas potentes que se producen naturalmente en el laboratorio en cantidades utilizables.
Así que, la próxima vez que encuentre un pariente de la menta en su mesa o en el jardín (ya sea orégano, romero o incluso hierba gatera), recuerde que está viendo una planta cuya química podría ayudarnos a enfrentar los grandes desafíos del mundo.
Más información: Abigail E. Bryson et al., Un ensamblaje genómico de alta calidad del tetraploide Teucrium chamaedrys revela una reciente duplicación del genoma completo y un amplio grupo de genes biosintéticos para el metabolismo de los diterpenoides, Plant Communications (2025). DOI: 10.1016/j.xplc.2025.101393
