Investigadores chinos descubrieron recientemente evidencia molecular que apoya el lamarckismo, una teoría largamente debatida de principios del siglo XIX que sostiene que las características adquiridas pueden heredarse.
La evidencia fue revelada en un nuevo estudio realizado por científicos del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia China de Ciencias, que descifró los patrones evolutivos de adaptación al frío durante la expansión del arroz hacia el norte.
El estudio fue publicado el 22 de mayo en Cell .
Dirigidos por el profesor CAO Xiaofeng, los investigadores demostraron que la metilación del ADN (una forma de variación epigenética o cambio en la expresión genética) media la herencia transgeneracional de la tolerancia al frío adquirida en el arroz, lo que respalda la teoría de Lamarck.
En este estudio, los investigadores rastrearon la trayectoria evolutiva del arroz a medida que se expandía hacia el norte, en busca de climas más fríos. Mediante un innovador sistema multigeneracional de cribado de estrés por frío, enfocado en la etapa de meiosis sensible al frío del desarrollo del arroz, aplicaron selección direccional a lo largo de tres generaciones, identificando y cultivando las plantas de arroz que mejor toleraban el frío. Este enfoque produjo líneas de arroz estables con una tolerancia al frío significativamente mejorada, impulsada por caracteres que muestran patrones de herencia dominantes. Esta tolerancia persistió durante al menos cinco generaciones, incluso después de eliminar la condición de estrés.
Los análisis multiómicos identificaron la hipometilación en el promotor ACT1 (gen codificante de la proteína arabinogalactano) como la variación epigenética crítica. Los investigadores utilizaron un sistema de edición de metilación del ADN para modificar con precisión la metilación del promotor del gen ACT1 de la proteína arabinogalactano . De este modo, lograron una regulación direccional de la tolerancia al frío y confirmaron que la hipometilación inducida por el frío en el promotor reduce la supresión de la expresión de ACT1 , lo que demuestra el papel causal de la variación epigenética.
Para descubrir la base molecular de esta regulación epigenética, los investigadores examinaron el mecanismo subyacente. Demostraron que el estrés por frío disminuía la expresión de la ADN metiltransferasa MET1b, lo que perjudicaba el mantenimiento de la metilación en el promotor ACT1 y resultaba en la formación de un epialelo hipometilado. Investigaciones posteriores descubrieron que la región de variación de la metilación del promotor ACT1 alberga un sitio de unión para el activador de la transcripción Dof1, cuya ocupación es sensible al estado de metilación del ADN. La inactivación de Dof1 redujo significativamente la tolerancia al frío en la etapa de arranque, estableciendo una cascada reguladora de estrés por frío → disminución de la regulación de MET1b → desmetilación del promotor ACT1 → aumento de la unión de Dof1 → activación de ACT1 → mejora de la tolerancia al frío.
El análisis de variación natural demostró que, si bien las secuencias codificantes de ACT1 estaban altamente conservadas, su estado de metilación del ADN exhibía un polimorfismo fuertemente asociado con la tolerancia al frío. Entre 131 razas locales de tres importantes regiones arroceras de China, más del 88 % de las variedades de las regiones sur y central presentaban ACT1 hipermetilado , mientras que las de la región fría del noreste presentaban un enriquecimiento significativo de ACT1 hipometilado . Este gradiente de metilación «alto al sur, bajo al norte» sugirió que la variación epigenética de ACT1 fue un objetivo clave de la selección durante la domesticación y la expansión geográfica del arroz.
Al dilucidar sistemáticamente el papel de la variación epigenética inducida por el frío en la adaptación del arroz, este estudio no solo corrobora un mecanismo molecular para la rápida adaptación ambiental, sino que también proporciona un respaldo convincente a las teorías de la herencia no mendeliana, excluidas durante mucho tiempo de la biología evolutiva convencional. Los revisores externos elogiaron el trabajo, afirmando: «Esta posibilidad tiene implicaciones para la comprensión de los procesos adaptativos y sugiere mecanismos que escapan al paradigma darwiniano tradicional».
Más allá de las implicaciones teóricas, el estudio también presenta un marco práctico para la mejora de cultivos. Los investigadores proponen una novedosa estrategia de mejoramiento —»domesticación bajo estrés → identificación de variantes epigenéticas → edición de precisión»— para desarrollar cultivos resilientes al estrés. Este enfoque ofrece una vía prometedora para abordar los desafíos agrícolas que plantea el cambio climático global.
Fuente: Academia China de Ciencias
