Una simple hierba al borde de la carretera puede ser la clave para comprender y predecir la mutación del ADN, según una nueva investigación de la Universidad de California, Davis, y el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania.
Los hallazgos, publicados el 12 de enero en la revista Nature, cambian radicalmente nuestra comprensión de la evolución y algún día podrían ayudar a los investigadores a producir mejores cultivos o incluso ayudar a los humanos a combatir el cáncer.
Las mutaciones ocurren cuando el ADN se daña y no se repara, creando una nueva variación. Los científicos querían saber si la mutación era puramente aleatoria o algo más profundo. Lo que encontraron fue inesperado.
"Siempre pensamos que la mutación es básicamente aleatoria en todo el genoma", dijo Gray Monroe, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de las Plantas de UC Davis y autor principal del artículo. "Resulta que la mutación es muy no aleatoriay no es aleatorio de una manera que beneficia a la planta. Es una forma totalmente nueva de pensar sobre la mutación".
Los investigadores pasaron tres años secuenciando el ADN de cientos deArabidopsis thaliana, o thale cress, una pequeña maleza con flores considerada la "rata de laboratorio entre las plantas" debido a su genoma relativamente pequeño que comprende alrededor de 120 millones de pares de bases. Los humanos, en comparación, tienen aproximadamente 3 mil millones de pares de bases.
"Es un organismo modelo para la genética", dijo Monroe.
Las plantas cultivadas en laboratorio producen muchas variaciones
El trabajo comenzó en el Instituto Max Planck, donde los investigadores cultivaron especímenes en un entorno de laboratorio protegido, lo que permitió que las plantas con defectos que tal vez no sobrevivieran en la naturaleza pudieran sobrevivir en un espacio controlado.
Secuenciación de esos cientos deArabidopsis thaliana las plantas revelaron más de 1 millón de mutaciones. Dentro de esas mutaciones se reveló un patrón no aleatorio, contrario a lo que se esperaba.
"A primera vista, lo que encontramos parecía contradecir la teoría establecida de que las mutaciones iniciales son completamente aleatorias y que solo la selección natural determina qué mutaciones se observan en los organismos", dijo Detlef Weigel, director científico del Instituto Max Planck y autor principal del estudioestudio.
En lugar de aleatoriedad, encontraron parches del genoma con bajas tasas de mutación. En esos parches, se sorprendieron al descubrir una sobrerrepresentación de genes esenciales, como los involucrados en el crecimiento celular y la expresión génica.
"Estas son las regiones realmente importantes del genoma", dijo Monroe. "Las áreas biológicamente más importantes son las que están protegidas de la mutación".
Las áreas también son sensibles a los efectos nocivos de las nuevas mutaciones. "Por lo tanto, la reparación del daño en el ADN parece ser particularmente eficaz en estas regiones", agregó Weigel.
La planta evolucionó para protegerse a sí misma
Los científicos descubrieron que la forma en que el ADN se envolvía alrededor de diferentes tipos de proteínas era un buen predictor de si un gen mutaría o no. "Significa que podemos predecir qué genes tienen más probabilidades de mutar que otros y nos da una buenaidea de lo que está pasando", dijo Weigel.
Los hallazgos agregan un giro sorprendente a la teoría de la evolución por selección natural de Charles Darwin porque revela que la planta ha evolucionado para proteger sus genes de la mutación para asegurar la supervivencia.
"La planta ha desarrollado una forma de proteger sus lugares más importantes de la mutación", dijo Weigel. "Esto es emocionante porque incluso podríamos usar estos descubrimientos para pensar en cómo proteger los genes humanos de la mutación".
Usos futuros
Saber por qué algunas regiones del genoma mutan más que otras podría ayudar a los mejoradores que dependen de la variación genética a desarrollar mejores cultivos. Los científicos también podrían usar la información para predecir mejor o desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades como el cáncer que son causadas por mutaciones.
"Nuestros descubrimientos brindan una descripción más completa de las fuerzas que impulsan los patrones de variación natural; deberían inspirar nuevas vías de investigación teórica y práctica sobre el papel de la mutación en la evolución", concluye el artículo.
Los coautores de UC Davis incluyen a Daniel Kliebenstein, Mariele Lensink, Marie Klein, del Departamento de Ciencias Vegetales. Investigadores de Carnegie Institution for Science, Stanford University, Westfield State University, University of Montpellier, Uppsala University, College of Charleston, y la Universidad Estatal de Dakota del Sur contribuyeron a la investigación.
El financiamiento provino de la Sociedad Max Planck, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Alemana de Investigación.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis. Original escrito por Emily C. Dooley. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
referencia de diario:
Citar esta página:
Visita Nuevo científico for more global science stories >>>