Los genomas son la biblioteca completa de información necesaria para construir y mantener un organismo vivo, actuando como los planos de la vida. En los eucariotas, los genomas se almacenan en los núcleos, organizados en cromosomas. Un eucariota es un organismo cuyas células tienen un núcleo rodeado por una membrana; entre ellos se encuentran las plantas, los animales, los hongos y muchos microbios.
Hasta hace poco, se asumía que cada núcleo contenía al menos un conjunto completo de cromosomas, lo que daba lugar a la regla «un núcleo, un genoma completo». Sin embargo, investigaciones recientes han revelado que, en dos especies de hongos, sus genomas pueden estar divididos entre múltiples núcleos, con cada núcleo recibiendo solamente una parte de los cromosomas totales.
Un descubrimiento sorprendente
Un laboratorio de la Universidad de Columbia Británica ha estado estudiando el hongo Sclerotinia sclerotiorum, un patógeno del suelo que causa la pudrición del tallo o moho blanco en diversas plantas de cultivo, incluyendo la colza, la soja y el girasol. A pesar de su impacto en los cultivos, la genética y biología celular de S. sclerotiorum no están bien comprendidas.
Mientras se intentaba entender mejor la biología de este hongo, se hizo un descubrimiento sorprendente sobre la organización de sus 16 cromosomas durante la división celular y la reproducción. La mayoría de las células eucariotas son diploides, lo que significa que el núcleo contiene dos copias de cada cromosoma diferente. En muchos hongos, como la levadura de pan, la reproducción comienza con una célula diploide que se divide para formar células esporas haploides, cada una con un núcleo que alberga una copia de cada cromosoma.
No obstante, las esporas de S. sclerotiorum, conocidas como ascosporas, contienen dos núcleos separados. Se suponía que cada núcleo era haploide y contenía el conjunto completo de 16 cromosomas, lo que significaría que cada ascospora tendría un total de 32 cromosomas, similar a una célula diploide. Sin embargo, utilizando microscopía fluorescente, se pudieron contar directamente los cromosomas en una sola ascospora, observándose consistentemente solo 16 cromosomas por ascospora, en desacuerdo con la teoría vigente.
Además, al etiquetar cromosomas específicos con sondas fluorescentes, se descubrió que los dos núcleos en una ascospora contienen cromosomas distintos, lo que indica que las ascosporas tienen un conjunto de 16 cromosomas divididos entre dos núcleos, en lugar de que cada núcleo contenga un conjunto completo de cromosomas.
Un proceso irregular
La siguiente pregunta surgía: ¿la división de los 16 cromosomas entre los dos núcleos es aleatoria o sigue un patrón regular? Para responder a esto, se separaron núcleos individuales y se determinó la composición cromosómica mediante análisis de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Los resultados indicaron que la composición cromosómica varía entre núcleos, sugiriendo que la división de cromosomas es irregular.
Intrigados, los investigadores decidieron investigar si fenómenos similares ocurrían en otros hongos. El Botrytis cinerea, otro hongo patógeno de plantas de la misma familia que S. sclerotiorum, produce esporas con típicamente entre cuatro y seis núcleos. Utilizando métodos similares, se observó que los 18 cromosomas del genoma de B. cinerea también están divididos entre los núcleos, que suelen llevar entre tres y ocho cromosomas cada uno.
Este hallazgo demuestra que la «división» del genoma haploide entre núcleos se presenta en múltiples hongos patógenos de plantas. Sin embargo, se requiere más investigación para determinar si este fenómeno es más generalizado entre las familias de hongos o incluso en otros eucariotas.
La observación de que los genomas haploides de S. sclerotiorum y B. cinerea están divididos entre núcleos plantea interrogantes sobre cómo esta separación influye en el resto del ciclo de vida del hongo. Para producir la siguiente generación, estos hongos necesitan reconstituir una célula diploide con el conjunto completo de cromosomas, a partir de la cual se pueden generar nuevas ascosporas. Presumiblemente, esto requiere la fusión de núcleos con cromosomas complementarios para reunir el genoma. ¿Cómo garantizan estos hongos que se fusionen los núcleos correctos?
Una posible explicación sería la selección por viabilidad: los núcleos pueden fusionarse de manera aleatoria, pero solo aquellos con un genoma completo producirían ascosporas viables. Esta teoría, aunque plausible, podría resultar ineficiente. Una alternativa más atractiva sería la existencia de alguna estructura o mecanismo que mantenga juntos núcleos complementarios tras la división inicial, facilitando así su recomposición posterior en el ciclo de vida del hongo.
Los investigadores esperan que su trabajo futuro proporcione respuestas a estas fascinantes preguntas y contribuya a ampliar la comprensión de la dinámica fundamental de los núcleos y sus genomas. Este conocimiento mejorado podría permitir revoluciones drásticas en la edición genética, permitiendo a los investigadores manipular cromosomas y núcleos a voluntad.
