La latencia se implementa durante el desarrollo de semillas en la planta madre. Esta propiedad permite que las semillas germinen durante la buena temporada, para evitar que todas las crías de una planta crezcan en el mismo lugar y compitan por recursos limitados, y promueve la dispersión de las plantas. Las semillas también pierden su latencia en diferentes momentos.
En un artículo publicado en la revista eLife, los investigadores suizos revelan cómo se transmite esta impresión materna gracias a pequeños fragmentos del llamado ARN «interferente», que inactiva ciertos genes.
Los biólogos también revelan que un mecanismo similar permite transmitir otra huella, la de las temperaturas presentes durante el desarrollo de la semilla: cuanto más baja es esta temperatura, más alto es el nivel de latencia de la semilla.
Este mecanismo permite a la semilla optimizar el momento de germinación. Luego, la información se borra en el embrión brotado, para que la próxima generación pueda almacenar nuevos datos sobre su entorno.
«Las subespecies de la misma planta pueden tener diferentes niveles de latencia dependiendo de las latitudes en las que se producen, y queríamos entender por qué», explica Luis López-Molina, profesor del Departamento de Botánica y Biología Vegetal de la Facultad de Medicina de la UNIGE, en uncomunicado.
El gen paterno es silenciado
Como todos los organismos con reproducción sexual, la semilla recibe dos versiones de cada gen, un alelo materno y un alelo paterno, que pueden tener diferentes niveles de expresión. Un alelo es cada una de las dos o más versiones de un gen.
Los biólogos de UNIGE ya habían demostrado en 2016 que los niveles de latencia de Arabidopsis thaliana, una especie de planta crucífera nativa de Europa, Asia, y el noroeste de África y organismo modelo utilizado en el laboratorio, se heredan de la madre.
De hecho, en la semilla de esta planta, el nivel de expresión de un gen regulador latente llamado alantoinasa (ALN ) es el mismo que el del alelo materno. Esto implica que es el alelo materno de la ALN el que se expresa principalmente, en detrimento del alelo paterno.
En el estudio actual, los investigadores demuestran que esta huella materna se transmite por un mecanismo epigenético (ajeno a la secuencia de ADN), que influye en la expresión de ciertos genes sin modificar su secuencia. El alelo paterno de la ALN está «silenciado» por cambios bioquímicos llamados metilaciones, que se realizan en la región promotora del gen para inactivarlo.
«Estas metilaciones son en sí mismas el resultado de un proceso que involucra diferentes complejos de enzimas y factores, así como los pequeños fragmentos de ARN» interferentes. Este es un ejemplo sin precedentes de impronta genómica, porque se realiza en ausencia de la enzima que generalmente es responsable de la metilación», añade Mayumi Iwasaki, investigadora del grupo de Ginebra y primera autora del artículo.
Las condiciones ambientales presentes durante la formación de la semilla también dejan su marca, ya que su nivel de latencia aumenta con la disminución de las temperaturas. «Encontramos que en este caso, ambos alelos del gen ALN están fuertemente reprimidos en la semilla. Esto se debe a un mecanismo epigenético similar, si bien no todos los actores son idénticos a los que operan para reducir el alelo paterno al silencio», añade Luis López-Molina.
Esta impresión en frío permite que la semilla retenga información sobre temperaturas pasadas para incluirla en la elección del tiempo óptimo de germinación. Después de la germinación, el gen ALN se reactiva nuevamente en el embrión. La memoria fría se borrará, lo que permitirá reiniciar los contadores para la próxima generación.
«Estudiar cómo los factores maternos y ambientales causan el despertar de semillas latentes es de crucial importancia para la agricultura, especialmente para prevenir la germinación temprana en un entorno de cambio climático», concluye Mayumi Iwasaki.
El problema a nivel ecológico también es importante, porque el aumento de las temperaturas podría reducir la latencia del banco de semillas y cambiar la distribución de las especies de plantas en una latitud determinada. Esto tendría múltiples consecuencias, directas e indirectas, para las especies animales y vegetales nativas, concluyen los investigadores.
Non-canonical RNA-directed DNA methylation participates in maternal and environmental control of seed dormancy. Mayumi Iwasaki et al. eLife 2019;8:e37434. DOI:10.7554/eLife.37434