Investigadores de la Academia China de Ciencias han presentado un estudio que aporta evidencias moleculares en apoyo a la teoría de Lamarck, una propuesta del siglo XIX que sugiere que las características adquiridas pueden ser heredadas. Este hallazgo, publicado en la revista Cell, se centra en la adaptación al frío del arroz durante su expansión hacia el norte, en climas más fríos.
Dirigido por el profesor Cao Xiaofeng, el equipo demostró que la metilación del ADN, una forma de variación epigenética que afecta la expresión génica, es fundamental para la herencia transgeneracional de la tolerancia al frío en el arroz. Utilizando un sistema innovador de selección por estrés térmico a lo largo de tres generaciones, los investigadores lograron identificar y reproducir variedades de arroz que mostraban una notable tolerancia al frío.
Este enfoque permitió la creación de líneas de arroz estables con una tolerancia al frío significativamente mejorada, características que se transmitieron durante al menos cinco generaciones incluso después de eliminar las condiciones de estrés. Los análisis multi-ómicos revelaron que la hipometilación en el promotor del gen ACT1 (un gen que codifica para una proteína de arabinogalactano) es la variación epigenética crucial que facilita esta adaptación.
Mecanismos Epigenéticos y Adaptación
Para profundizar en los mecanismos moleculares detrás de esta regulación epigenética, los investigadores examinaron cómo el estrés frío afecta la expresión de la metiltransferasa de ADN MET1b, lo que a su vez impide el mantenimiento de la metilación en el promotor del ACT1, resultando en la formación de un epialelo hipometilado. Se descubrió que esta región de variación de metilación contiene un sitio de unión para el activador de transcripción Dof1, cuya ocupación es sensible al estado de metilación del ADN. La eliminación del gen Dof1 redujo significativamente la tolerancia al frío en la etapa de espigado, estableciendo una cascada reguladora que se inicia con el estrés por frío y culmina en una mayor expresión de ACT1.
El análisis de variaciones naturales mostró que, aunque las secuencias codificantes de ACT1 son altamente conservadas, su estado de metilación exhibe polimorfismos fuertemente asociados a la tolerancia al frío. Entre 131 variedades de arroz de tres regiones principales de cultivo en China, más del 88% de las variedades del sur y centro portaban un ACT1 hipermetilado, mientras que las del noreste, donde el frío es más intenso, mostraban una mayor prevalencia de ACT1 hipometilado. Esta gradiente de metilación sugiere que la variación epigenética del ACT1 fue un objetivo clave en la selección durante la domesticación y expansión geográfica del arroz.
Al esclarecer el papel de la variación epigenética inducida por el frío en la adaptación del arroz, este estudio no solo proporciona un mecanismo molecular para la rápida adaptación ambiental, sino que también ofrece un respaldo convincente a teorías de herencia no mendeliana que han sido tradicionalmente excluidas de la biología evolutiva convencional.
Los revisores del estudio han señalado que estos hallazgos tienen importantes implicaciones para entender los procesos adaptativos y sugieren mecanismos que se encuentran fuera del paradigma darwiniano tradicional. Además de sus implicaciones teóricas, el estudio presenta un marco práctico para la mejora de cultivos mediante una estrategia de cría que incluye la identificación de variantes epigenéticas y la edición precisa de genes, abriendo un camino prometedor para abordar los desafíos agrícolas impuestos por el cambio climático global.
