El envejecimiento es parte de la vida, y las plantas no son una excepción. El ciclo de vida de una planta se siente en los bancos de germoplasma que almacenan materiales vegetales, como semillas.
Adityarup «Rup» Chakravorty
Los agricultores, investigadores, conservacionistas y otros pueden acceder a los materiales vegetales en los bancos de germoplasma para el mejoramiento. Pero para que un banco de germoplasma proporcione germoplasma útil a los productores, las semillas almacenadas allí deben estar vivas cuando se cosechen. Y a medida que las semillas almacenadas comienzan a envejecer, cada vez menos de ellas viven lo suficiente para germinar. Por lo tanto, los bancos de germoplasma deben monitorear continuamente las semillas almacenadas para asegurarse de que no hayan envejecido más allá de su ‘fecha de vencimiento’ y pierdan la capacidad de germinar.
Una prueba de germinación de semillas de soja. El equipo descubrió que la medición de la integridad del ARN detectó el envejecimiento en las semillas de soja mucho antes que el uso de ensayos de germinación. Crédito: Lisa Hill
En un nuevo estudio, los investigadores midieron con éxito el envejecimiento en semillas de soja almacenadas al verificar la integridad del ARN en las semillas. El ácido ribonucleico (ARN) es un ácido nucleico presente en todas las células vivas. Su función principal es actuar como mensajero que lleva instrucciones del ADN para controlar la síntesis de proteínas. El nuevo método es más rápido y utiliza menos material que verificar si las semillas almacenadas germinan cuando se plantan, el «estándar de oro» actual para medir la edad y la viabilidad de las semillas.
El estudio fue publicado en Crop Science, una publicación de la Crop Science Society of America.
ARN extraído de semillas de soja en un laboratorio. La extracción de ARN con un robot reduce la variación en el número de integridad del ARN (RIN) y aumenta la sensibilidad para detectar cambios. La medición de la integridad del ARN predice con precisión las tasas de envejecimiento de diferentes especies. Crédito: Lisa Hill
“Podríamos detectar cambios en la edad de las semillas midiendo la integridad del ARN unas cinco veces antes mientras usamos solo una fracción de las semillas que se usarían para un ensayo de germinación”, dice Christina Walters, autora principal del estudio. Walters es investigador del Laboratorio Nacional para la Preservación de Recursos Genéticos del USDA-ARS en Fort Collins, Colorado.
Las pruebas de germinación también pueden ser costosas y requieren muchos recursos humanos. “Las grandes colecciones de semillas simplemente no tienen los recursos para probar y regenerar semillas innecesariamente”, dice Walters. Pero esperar demasiado entre las pruebas de germinación también puede ser un problema. Las semillas pueden morir entre los intervalos de monitoreo y la colección se perdería por completo. “Así que pensamos, ¿no sería genial si tuviéramos una bola de cristal que nos diera certeza sobre la edad de las semillas sin necesidad de germinar?”. dice Walters.
El ARN extraído se carga en chips y está listo para la electroforesis que detectará patrones de fragmentación. El número de integridad del ARN (RIN) describe este patrón en un cálculo. En este estudio, los investigadores compararon los resultados de sus pruebas de germinación. Crédito: Lisa Hill
Al igual que su ADN ‘primo’ más famoso, el ARN se presenta en hebras de varias longitudes. Walters y sus colegas midieron el tamaño de las hebras de ARN en semillas de soja almacenadas durante varios años. En investigaciones anteriores, pudieron detectar cambios en el tamaño de los fragmentos de ARN antes de detectar otros síntomas de envejecimiento o muerte en las semillas. En este estudio, los investigadores compararon los resultados de sus mediciones de integridad de ARN con los resultados de las pruebas de germinación.
El equipo descubrió que la medición de la integridad del ARN detectó el envejecimiento en las semillas de soja mucho antes que el uso de ensayos de germinación. Por ejemplo, los cambios en la salud de las semillas podrían detectarse dentro de los 7 años de almacenamiento utilizando el método de integridad del ARN. En contraste, utilizando las mismas semillas, las pruebas de germinación podrían detectar cambios después de 15 a 17 años. En ese momento, la pérdida de viabilidad de las semillas ya era problemática. “En realidad, desea detectar cambios en los lotes de semillas antes de que dejen de germinar”, dice Walters. Medir la integridad del ARN podría ayudar a los administradores de los bancos de germoplasma a hacer precisamente eso.
El proceso de germinación en semillas de soja envejecidas. Se trata de soja ‘Williams ’82’ que se cosechó (de arriba a abajo) en 2019, 2008, 1999 (2 filas) y 1995 y germinó en 2022. Crédito: Lisa Hill
Para la soja, los resultados de las pruebas de ARN podrían lograrse con muchas menos semillas. En algunos casos, se podrían detectar disminuciones significativas en la salud de las semillas con tan solo 22 semillas de soja utilizando el método de integridad del ARN. La detección de las mismas disminuciones mediante ensayos de germinación habría consumido cientos de semillas valiosas.
Walters y su equipo han utilizado ensayos de integridad de ARN en algunas otras especies además de la soja. «La medición de la integridad del ARN predice con precisión las tasas de envejecimiento de estas diferentes especies», dice Walters. «Ahora necesitamos explorar un grupo aún más amplio de especies».
En última instancia, Walters espera que estos hallazgos ayuden a los bancos de genes. “A veces, los bancos de germoplasma son una parte tan importante de la infraestructura que se vuelven invisibles”, dice Walters. “Pero creo que el servicio que brindan los bancos de germoplasma es fundamental para el futuro que le dejaremos a nuestros hijos”.
