Los frijoles son un alimento fundamental en la dieta de muchas personas, destacando por su alto valor nutricional y por ser la legumbre más consumida a nivel directo. Además, poseen una característica singular en el ámbito agrícola: su capacidad para fijar nitrógeno en el suelo, lo que reduce la necesidad de fertilizantes nitrogenados y la contaminación asociada a su uso.
No obstante, el estudio en profundidad de las plantas de frijol enfrenta un obstáculo significativo: su elevada resistencia a la transformación genética. Esta limitación dificulta que los equipos de investigación puedan generar mutantes o plantas modificadas que permitan silenciar o expresar los genes que desean estudiar.
Avances en la comprensión del metabolismo del adenina
Este fue el reto que enfrentó el Grupo de Fisiología Molecular y Biotecnología Vegetal de la Universidad de Córdoba, que se propuso investigar el metabolismo de los nucleótidos de purina, como la adenina, en esta especie. La adenina es una de las cinco bases nitrogenadas presentes en el ADN y el ARN, y su papel es especialmente crucial en los frijoles, ya que es vital para la asimilación del nitrógeno fijado en los nódulos.
Los investigadores Josefa Muñoz Alamillo y Cristina María López centraron su estudio en la enzima responsable del reciclaje de adenina en el ciclo de fijación de nitrógeno, conocida como adenina fosforibosiltransferasa (APRT). A pesar de que esta enzima tiene una función única, los científicos descubrieron que existen cuatro copias diferentes del gen que la codifica.
“Nuestro objetivo era determinar las funciones específicas de esas cuatro copias del gen que sintetizan esa enzima”, explicó la investigadora Muñoz. Sin embargo, para discernir las diferentes funciones de esos genes, era necesario realizar pruebas en plantas en las que el resto de los genes estuvieran silenciados, lo que se complicaba debido a la resistencia de los frijoles a la transformación.
Ante esta situación, el equipo decidió emplear la herramienta CRISPR/Cas9, que permite la edición genética de manera precisa. Gracias a esta metodología, lograron crear dos mutantes funcionales de dos de las copias de los genes que codifican la enzima de reciclaje de adenina, permitiendo así caracterizar sus funciones de manera separada.
Los resultados revelaron que una de las copias afecta efectivamente al reciclaje de adenina, mientras que la otra juega un papel crucial en la regulación de las citoquininas, hormonas responsables del crecimiento de las raíces y los nódulos de la planta. El análisis de expresión génica y análisis metabolómicos mostraron que, aunque las dos copias de los genes tienen funciones redundantes, también poseen funciones específicas diferenciadas, un hallazgo que hasta ahora era desconocido.
Además, los análisis indicaron que la ubicación de los genes es diferente, lo que está relacionado con la especialización de sus funciones; mientras que uno se expresa en el cloroplasto (órgano celular responsable de la fotosíntesis), el otro se expresa en el citosol (la parte acuosa donde se encuentran los orgánulos y el núcleo).
Estos avances, publicados en el Journal of Experimental Botany, constituyen el estudio más exhaustivo realizado hasta la fecha sobre el metabolismo de la adenina en los frijoles, desvelando la diferenciación de funciones entre dos de los genes que producen la enzima clave para el reciclaje de adenina y que impactan en la formación de nódulos y el metabolismo del nitrógeno, utilizando, además, el sistema CRISPR/Cas como novedad.
Los investigadores planean continuar caracterizando las funciones de las otras dos copias de genes implicadas, que aparentemente podrían tener funciones adicionales, como la regulación del crecimiento de raíces y la resistencia a la sequía, con la intención de seguir aplicando esta poderosa herramienta en futuras investigaciones.
