Científicos de la Universidad Estatal de Michigan han desvelado fascinantes secretos en el ámbito de la botánica, centrándose en cómo la evolución dota a ciertas especies vegetales de poderosas defensas naturales. Específicamente, el análisis genético de plantas comunes como el tomillo, la albahaca y la lavanda, todas pertenecientes a la familia de la menta, ha revelado características extraordinarias. Estos descubrimientos no solo profundizan nuestra comprensión de la biología vegetal, sino que también abren nuevas y prometedoras avenidas para la agricultura sostenible y la lucha contra la resistencia a los antibióticos, sugiriendo un futuro donde las defensas intrínsecas de la naturaleza puedan ser replicadas y utilizadas en beneficio de la humanidad.
El equipo de bioquímicos de la MSU, durante sus investigaciones sobre el pariente de la menta conocido como roble molido, se encontró con una sorpresa notable: un genoma de tamaño considerable, comparable incluso al genoma humano, que incluía un número de genes excepcionalmente grande y cuatro conjuntos de cromosomas. Este hallazgo es crucial, ya que las plantas de la familia de la menta son reconocidas por sus componentes naturales con propiedades contra el cáncer, las plagas y los virus. La decodificación de la información genética del roble molido acerca a los científicos a la posibilidad de reproducir en el laboratorio estas poderosas sustancias químicas de origen vegetal a gran escala.
El investigador Björn Hamberger, de la Universidad Estatal de Michigan, enfatizó las posibles aplicaciones en la agricultura a gran escala, visualizando un escenario donde los cultivos podrían protegerse con productos naturales que disuadan a ciervos o insectos hambrientos. Además, Hamberger destacó que estas plantas poseen características antimicrobianas que podrían ser útiles en la superación de los desafíos actuales relacionados con la resistencia a los medicamentos. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la prestigiosa revista Plant Communications.
Originalmente, el equipo abordó este estudio con expectativas claras, pero la naturaleza de las plantas siempre depara sorpresas. Hamberger comentó que se creía entender la dirección del proyecto, pero las plantas, una vez más, mostraron complejidades inesperadas. La diversidad química de la familia de la menta ha sido valorada por la humanidad durante milenios, utilizándose en medicina, perfumería y gastronomía. En la MSU, el enfoque de Hamberger se centra en los metabolitos especializados, particularmente los terpenoides, que son moléculas que las plantas desarrollan para obtener ventajas en su entorno, diferenciándose de los metabolitos primarios necesarios para el crecimiento y la reproducción básicos de la planta.
Las moléculas especializadas actúan como los toques distintivos que hacen que un producto sea único. Las plantas, al establecerse en un nicho ecológico durante millones de años, acumulan una vasta gama de metabolitos especializados para sobrevivir y prosperar. Estas moléculas singulares son la raíz de las fascinantes cualidades químicas que se encuentran en toda la familia de la menta, desde la capacidad del coleo indio para tratar el glaucoma, hasta la salvia texana, cuyas propiedades antimicrobianas son útiles contra la tuberculosis.
Según Hamberger, un catedrático de bioquímica y biología molecular, las plantas, al no poder evadir los ataques de plagas o patógenos, recurren a la química como su principal mecanismo de defensa. En un estudio previo de 2023, el laboratorio de Hamberger ya había logrado un avance significativo al secuenciar el genoma de la baya americana, un arbusto con frutos vibrantes que repele mosquitos y garrapatas, lo que contribuyó a entender cómo la familia de la menta diversificó su composición química a lo largo del tiempo. Esta investigación, que buscaba sintetizar compuestos rentables para uso como pesticidas, fue reconocida con el Premio Neogen Land Grant de la MSU.
En la búsqueda de nuevas revelaciones científicas en la familia de la menta, Abigail Bryson, investigadora del laboratorio de Hamberger, se centró en el roble molido, una especie poco estudiada. Este arbusto, que se encuentra en la región mediterránea y se distingue por sus diminutas hojas, fue elegido como el próximo objetivo de la investigación. La intención era secuenciar el genoma del roble molido, para comprender cómo estas plantas generan sus compuestos beneficiosos y así desarrollar un modelo para la creación de terapias vegetales en el laboratorio. Sin embargo, el equipo se encontró con una sorpresa inesperada.
La planta modelo Arabidopsis tiene aproximadamente 135 millones de pares de bases de ADN. La sorpresa de Bryson y Hamberger fue mayúscula cuando descubrieron que el roble molido contenía alrededor de tres mil millones de pares de bases, una cantidad casi idéntica a la del genoma humano. Para manejar esta enorme cantidad de información genética, Bryson perfeccionó sus habilidades bioinformáticas, colaborando con Robin Buell, antiguo profesor de la Fundación de Investigación de la MSU y actual titular de la Cátedra Eminente de Genómica de Cultivos de la Georgia Research Alliance en la Universidad de Georgia.
Bryson, autora principal del artículo y actual investigadora postdoctoral en el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth, comparó el ensamblaje de un genoma con la tarea de reconstruir una historia a partir de fragmentos de oraciones de un libro. Explicó que el volumen de datos es difícil de concebir; si el genoma fuera un libro físico, su grosor sería de cientos de pies, y los genomas humano y del roble molido tendrían un tamaño similar al del quinto edificio más alto del mundo. La investigación del grupo también se benefició de la colaboración de Kevin Childs y Jiming Jiang del Departamento de Biología Vegetal y de la utilización de la instalación de resonancia magnética nuclear Max T. Rogers de la MSU.
Más allá del asombroso tamaño de su genoma, el equipo descubrió que el roble molido es tetraploide, lo que significa que posee cuatro copias de su genoma, a diferencia de los humanos que son diploides con dos. Hamberger destacó la complejidad de secuenciar un paisaje genético tan intrincado, comparándolo con la difícil tarea de armar cuatro rompecabezas mezclados en la misma caja. También se reveló que el roble molido alberga un grupo genético excepcionalmente grande, una región del genoma donde los genes con funciones similares se agrupan, lo que sugiere una evolución dinámica en muchas plantas de la familia de la menta. La duplicación y agrupación de genes, según Hamberger, es una cuestión de eficiencia evolutiva; una vez que la información genética está compactada, se transmite más fácilmente a la siguiente generación. Estos hallazgos representan un paso adelante en la reproducción en laboratorio de moléculas naturales potentes, lo que podría tener un impacto significativo en la protección de cultivos y la salud global, subrayando el valor de la naturaleza en la solución de desafíos importantes.