Las plantas y las ómicas

¿Alguna vez has escuchado sobre la era de las ómicas?

¿Sabes que son o de que se tratan?

Pues aquí daremos un pequeño recorrido por ellas y su aplicación en las plantas.

Como sabemos dentro de nuestras células existe una gran cantidad de información que se organiza en unidades llamadas genes, mismos que a su vez conforman el genoma o mejor conocido como ADN (o DNA por sus siglas en inglés). Para saber que expresa cada gen en 1990 se inició un proyecto conocido como Genoma Humano (http://www.juridicas.unam.mx/publica/librev/rev/derycul/cont/5/ens/ens7.pdf), que finalmente ha logrado, no solo la decodificación de genes en humanos sino en diferentes especies tanto animales como vegetales, dando un giro al conocimiento de las ciencias biológicas.

Portada de la revista nature donde se publicaron los borradores del genoma humano

Este proyecto propició el surgimiento de una serie de ciencias conocidas como “ómicas” (dicho sufijo hace referencia a: “conjunto de”). Dentro de las principales ómicas desarrolladas durante los últimos años se encuentran la genómica, transcriptómica, metabolómica y proteómica.

La cascada de las ómicas (fuente: Ordovás 2009)

Dichas ciencias han logrado con sus descubrimientos generar nuevos productos biotecnológicos, que apoyan al sector comercial, y de manera relevante al campo agrícola, donde mediante la integración de datos que se generan durante la investigación se ha logrado establecer un modelo para la comprensión en la evolución,  desarrollo y  adaptabilidad de las plantas.

Pero ¿En que contribuye cada una de ellas al desarrollo de las plantas?

Veamos brevemente cada una:

Genómica

La genómica estudia la función de los genes, es decir mediante esta ciencia se determina la estructura, así como la manera en que se da el crecimiento, desarrollo, y el control de las funciones en los seres vivos.

El mejoramiento de plantas es una actividad muy antigua que básicamente comenzó con la propia agricultura. Con el surgimiento de la genómica se han logrado analizar los genes de diversos vegetales identificando a los que expresan características interesantes y funcionales para su aislamiento y la generación de mejores productos agrícolas.

Las plantas con mayor numero de estudios de este tipo son las que pertenecen a un género conocido como Arabidopsis (https://es.wikipedia.org/wiki/Arabidopsis), el cual sin ser de especial interés agronómico reúne características para perfilarse como un buen modelo experimental, sirviendo de soporte para generar otros proyectos de genómica en otras plantas de interés comercial, como es el caso del arroz, la vid y la papaya.

Se espera en un futuro lograr conocer más acerca de las características genéticas de otras especies de gran interés agrícola como el maíz, trigo, colza, soja, guisante, girasol, tomate o cítricos, entre otras.

Tomado de http://www.inmegen.gob.mx/divulgacion/glosario-de-terminos/genomica-comparativa/

Transcriptómica

La transcripción es un proceso que se lleva a cabo en el núcleo de las células y que permite determinar que genes deberán ser expresados o reprimidos tomando en cuenta que cada característica expresada cumplirá una determinada función, orientada principalmente a responder adecuadamente a estímulos externos e internos como el responder ante enfermedades.

Así al poder identificar como se lleva a cabo la selección de dichas características se podría entender como es que se activan los mecanismos. Por ejemplo, se entienden mejor las respuestas inmunes en plantas, ya que las técnicas permiten identificar y cuantificar nuevos transcriptos relacionados con defensa vegetal. Un ejemplo que se está trabajando sobre la interacción planta-patógeno es en el maíz (Zea mays) con su patógeno Aspergillus flavus y la yuca (Manihot esculenta) con su patógeno Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam).

En esta área el reto es para la fitopatología que requiere de el entendimiento de las complejas interacciones planta-patógeno.

Proteómica

Como sabemos existen una gran cantidad de moléculas orgánicas que se encuentran dentro de las células denominadas proteínas. Estas se encuentran en todos los organismos, siendo las moléculas biológicas más abundantes y con de suma importancia para la función y organización celular vegetal.

La proteómica permite la cuantificación y posterior identificación de dichas moléculas. Puede ayudar al entendimiento, así como al posible control y manipulación de las características de calidad y nutrición de las plantas.

Actualmente se han publicado estudios proteómicos para una amplia variedad de plantas. Proveen una visión sobre las proteínas presentes en un tejido, organelo, o estado de desarrollo.Actualmente se encuentran disponibles los proteomas de algunos cereales de importancia agronómica como cebada, maíz, arroz; así como para el de Arabidopsis thaliana, quien como ya mencionabamos anteriormente es la planta modelo por excelencia.

Portada de la revista Investigación y ciencia. Junio 2002 No. 309

Metabolómica

Como sabemos todos los organismos llevamos una serie de reacciones que nos ayudan a generar energía; esta serie con sus ramificaciones la que denominamos metabolismo. Durante estas reacciones se producen diferentes moléculas conocidas como metabolitos. Las plantas generan un conjunto de metabolitos a los que se denomina secundarios, quienes no presentan un papel dentro de su crecimiento o reproducción, pero sí para defensa u otras interacciones biológicas.

La  metabolómica se encarga del estudio de dichos compuestos, permitiéndonos observar la composición bioquímica de el organismo o de la muestra en el momento en que se recogió.

Los campos de aplicación de la metabolómica son diversos, van desde la agricultura hasta la industria farmacéutica, pasando por aplicaciones medioambientales y de la industria de alimentos.

Dicha disciplina se ha aplicado para el desarrollo de nuevos fármacos, la detección y selección de nuevas sustancias activas de productos naturales y sintéticos, así como en la comprobación de los efectos sobre la salud de medicamentos en poblaciones. Está parte de la ciencia es aún muy reciente y hacen falta muchos estudios.

Por ultimo a través del éxito del proyecto Genoma Humano, se han logrado muchos avances y en estos momentos, la tecnología se basa en los estudios realizados por las ómicas. Aunque la información provista es todavía en muchos casos limitada este puede ser un parte aguas en la historia de nuestros tiempos.


Bibliografía y literatura recomendada

Mier, L., Alonso, J., Gutiérrez, X., Vázquez, M., Hernández, M., Feregrino, A. y Campos, J. 2012. Participacion de las ciencias analíticas modernas (genómica, proteómica, metabolómica) en el estudio de las plantas. CIENCIA@UAQ 5(1): 40–50.
Cánovas Ramos, F. 2009. La genómica de las plantas. Ciencia: Revista de Divulgación Científica de la Universidad de Málaga 1: 36–38.
Soto, J., y López, C. 2012. RNA-seq: herramienta transcriptómica útil para el estudio de interacciones planta-patógeno. Fitosanidad 16(2): 101–113.
García, J. 2012. Metabolómica. Boletín GRASEQA 2:5–35.
Agilent Technologies. 2010. Nuevas perspectivas: Metabolómica en Agilent.
ArgenBio. 2007. Herramientas de la biotecnología. La era de las ómicas.