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En cualquier organismo vivo, todas las células tienen el mismo ADN, pero la identidad de cada célula se define por la combinación de los genes que son activados o desactivados en un momento dado. En los animales, esta memoria celular se borra entre generaciones, de modo que el nuevo huevo no tiene memoria y, como tal, tiene el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula.
En las plantas con flores, por el contrario, la memoria celular pasa de generación en generación, con consecuencias potencialmente perjudiciales para el desarrollo de nuevas plantas.
Uno de los mecanismos principales que contribuyen a la memoria celular es la adición de un grupo químico - el grupo metilo - a las secuencias de ADN (un proceso llamado metilación). Estos cambios en la expresión génetica que son heredables, pero no se escriben directamente en la secuencia de ADN, reciben el nombre de epigenética.
Utilizando el modelo de la planta Arabidopsis thaliana, Jörg Becker, José Feijó y su equipo del CIG; y Robert Martienssen y sus colaboradores del CSHL, analizaron el genoma de los granos de polen y sus células precursoras, las microsporas, señalado las secuencias de ADN que estaban metiladas.
Los granos de polen contienen dos espermatozoides (células sexuales) y un núcleo vegetativo acompañante cuyo ADN no se transmite a la siguiente generación. Gracias a la técnica desarrollada por el equipo del IGC, los investigadores fueron capaces de separar las dos células y el núcleo vegetativo del grano de polen y observar su estado de metilación por separado.
Joseph Calarco (del laboratorio de Martienssen) y Filipe Borges (del laboratorio de Becker) observaron que la metilación del ADN se mantiene en gran medida en las microesporas y los granos de polen. Sin embargo, hay diferencias entre los diferentes tipos de células; en el grano de polen, algunas secuencias de ADN son metiladas en las células de esperma pero no en el núcleo vegetativo, y viceversa. Entre estos genes no metilados se encuentran las secuencias móviles de ADN, llamadas elementos de transposición, que podrían activarse y producir efectos mutagénicos.
El equipo de investigación descubrió que esta situación es solucionada por pequeñas secuencias de ARN (llamados siRNAs) que restauran la metilación de los elementos transponibles en el embrión. Además, los investigadores encontraron siRNAs en células de esperma que silencian los elementos transponibles, incluso antes de la fertilización.
Evolución de la reproducción sexual
Los elementos transponibles son muy comunes en todos los genomas conocidos. En el genoma humano, por ejemplo, representan el 45% del genoma total. Estos elementos están involucrados en la evolución de los genomas, ya que cuando se integran de nuevo en el genoma pueden afectar a la función y la organización de otros genes.
Sin embargo, los elementos de transposición son mutágenos y, por lo tanto, su activación debe permanecer bajo control estricto, ya que puede ser perjudicial para la célula y el organismo. Si tales mutaciones perjudiciales se producen en las células sexuales, se transmiten a la progenie y se propagan en la población.
Según explica Jörg Becker, "hemos revelado un mecanismo en las células sexuales que puede prevenir la activación de elementos potencialmente perjudiciales mientras que, al mismo tiempo, permite la formación de una célula con plena capacidad para convertirse en cualquier tipo de célula, lo que dará lugar a una nueva generación", ha señalado.
El mecanismo recién descrito también puede convertirse en un fuerte argumento para explicar por qué la reproducción sexual evolucionó y llegó a ser tan frecuente en la mayoría de los organismos superiores.
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