En los últimos años se ha levantado gran polémica en relación a las llamadas "plantas transgénicas", en las que un gene de una especie diferente (generalmente una bacteria) se inserta en el propio genoma de la planta, para así obtener en ella la propiedad que poseía la bacteria. Así por ejemplo, aprovechando genes individualizados y conocidos en bacterias que codifican compuestos que son tóxicos para insectos, se transfieren a determinadas plantas (algodón, maíz u otras), que adquieren la misma propiedad, lográndose así plantas resistentes al ataque de insectos. Del mismo modo se ha aprovechado genes de bacterias que las hacen resistentes a los herbicidas, que al traspasarlos a plantas, éstas adquieren la misma propiedad. También se han transferido a plantas genes de virus, con lo que se logran plantas resistentes a determinadas enfermedades. Estos son sólo algunos de los ejemplos que hacen vaticinar una "nueva revolución agrícola".

Sin embargo, basándose en los más diferentes riesgos teóricos (Arroz transgénico más nutritivo) , grupos ecologistas se han opuesto tenazmente a la aplicación de estas tecnologías. Pero ahora, al comenzar a conocerse e identificarse los genes de las mismas plantas, se está abriendo una nueva alternativa, que no consiste en transferir los genes, sino en modificar el accionar de sus propios genes. A ello difícilmente se podrán oponer los mismos grupos ecologistas, al menos con los argumentos utilizados hasta ahora.

Entrar a esta nueva etapa hasta ahora no había sido posible, porque se conocía muy poco acerca de los genes de las plantas y sus funciones. Pero en los últimos 10 años se ha avanzado bastante, llegando a identificar en ellas cientos de genes, en muchos de los cuales ya se ha aclarado su función.

Pero para hacer más sistemático el estudio, se ha comenzado por descifrar el genoma entero de una planta tipo. Para comenzar la ardua tarea, un consorcio constituido por grupos de investigadores de distintos países se pusieron de acuerdo para descifrar el genoma de una planta que tiene una semilla tan pequeña como un grano de mostaza: la "Arabidopsis Thaliana" (foto 1). Después de seis años de trabajo, en Diciembre del 2000, el grupo comunicó oficialmente que su tarea había terminado (Science, Diciembre 15, vol. 290, 2000, pág. 2054).

Hubo buenas razones para elegir esta planta como la primera a ser secuenciada. Su genoma es mucho más pequeño que el de otras plantas (gráfico 1), estando constituido por una secuencia de 125 millones de bases, y se predice que debe contener aproximadamente 25.000 genes, lo que no es poco, ya que es el doble de los genes que tiene la mosca de la fruta (13.600). Además tiene la ventaja de ser muy fácil de cultivar, es rápida en su crecimiento, ya que completa su ciclo vital sólo en algunas semanas, produciendo miles de semillas, y además ya se le conocen más de 50.000 variables mutantes. Todo ello va a facilitar muchísimo el futuro trabajo a los investigadores en las subsiguientes etapas de investigación, destinadas a individualizar los genes y conocer su función.

A pesar que otras plantas tienen un genoma mucho más grande, lo probable es que el número total de genes de ellas, sea muy semejante al de la Arabidopsis. Chris Somerville del Carnegie Institute del Departamento de Biología de la Universidad de Stanford, afirma que una vez conocidos e individualizados los genes de la Arabidopsis, es muy poco probable que se descubran nuevos genes en otras plantas, dado que la gran mayoría de estos genes son comunes a todas. Lo probable es que el enorme tamaño del genoma de algunas no tenga un verdadero significado fisiológico.

De la Arabidopsis ya se conocen aproximadamente 1000 genes, quedando por conocer 24.000 más. Una vez que esto ocurra y que se llegue a conocer la función de cada proteína codificada por cada gene, se habrá conocido como funcionan todas las plantas, y "el secreto del reino vegetal ya será nuestro", dice Somerville. Con este genoma en las manos y habiendo diferenciado los genes en la Arabidopsis, será ya fácil identificar los genes en cualquiera otra planta. Es decir, al descifrar el genoma de la Arabidopsis Thaliana se ha dado un gran paso, pero claro que para ello queda mucho camino por recorrer. Lo que sí puede asegurarse es que ya están dadas las bases para el comienzo de una tremenda revolución agrícola, que comenzará a evidenciar sus frutos en los próximos decenios, o aun antes, ya que las tecnologías están avanzando muy rápido. Según señala el mismo Somerville, "hace diez años se demoraba seis años como promedio para aislar un gene de una planta. Ahora ello es cuestión de semanas".

Un dato curioso es que los genes que ya se conocen de la Arabidopsis, tienen mayores similitudes con genes comparables humanos, que los genes de la mosca de la fruta o los nematodes. Pareciera que las plantas y los humanos comparten muchos mecanismos moleculares, que se han perdido en la evolución de los invertebrados. Es así por ejemplo, como plantas y humanos tienen los mismos genes que reparan un daño y transportan el DNA. Ya son cientos los genes descritos en la arabidopsis que tienen sus homólogos en los humanos, y algunos de ellos están implicados en diversas enfermedades, por lo que su estudio también puede ser útil directamente para los seres humanos.


Que cosas esperar

Llegará el día en que se conozcan todos los genes de una planta y cómo ellos interactúan ente sí. Para entonces, modificar sus funciones para lograr beneficios adicionales, no va a tener límites. Lo que ya está claro es que las plantas no son pasivas, y por el contrario tienen gran capacidad de responder al medio ambiente y a las agresiones provenientes de él. Joanne Chory del Instituto Salk ha observado que las plantas tienen un perfecto sistema de comunicación interno, que detectan y comunican cambios ambientales, aun mejor de lo que se ha descrito en los animales. Detectan y reaccionan a la luz, la temperatura y el agua. Poseen fotorreceptores, que pueden discriminar en un extraordinario rango de intensidad de luz y de su longitud de onda, lo que le permite medir la duración del día, o desarrollarse buscando el acceso a la luz adecuada. Frente a la escasez de agua, envían señales para profundizar sus raíces, o para ahorrar en la pérdida de agua por las hojas. Otros receptores controlan los cambios de temperatura para saber cuando deben florecer o producir frutos. También reaccionan frente a las agresiones del medio, los ataques de insectos y a las infecciones virales, despertando respuestas que alertan a las áreas en que la injuria no ha llegado. Muchas producen sustancias tóxicas, que acumulan en sus hojas, para desalentar a los depredadores. Estos y muchos otros mecanismos son controlados por sus genes, que ahora los investigadores tratan de individualizar con el objeto de intervenir sobre ellos (Las plantas tienen sentidos y gracias a ellos pueden sobrevivir) .

Si ello se consigue, son muchos los beneficios que se pueden lograr, como producir granos de trigo, maíz o arroz más nutritivos, o plantas que crezcan en condiciones de sequía, o que sean resistentes a las heladas. Del mismo modo las sustancias tóxicas que ellas producen, ofrecen una amplia posibilidad para la obtención de fármacos, que se podrían producir en mayores concentraciones.

Es así como ya se está trabajando para lograr alteraciones que modifiquen el tiempo de la floración. Lograr un retardo de ella, puede ser muy útil, en plantas como las lechugas o las espinacas que tienden a desparramarse cuando florecen. Por el contrario, también puede ser útil apurar la floración y el desarrollo del fruto, para así permitir dos cosechas en el año (foto 2). Así por ejemplo, en algunas áreas el arroz necesita más de seis meses para crecer y madurar, de modo que una ligera aceleración de este proceso, puede permitir una doble cosecha. Ya se han descrito los genes que actúan en esta etapa, tanto en cereales como también en árboles (Science, Octubre 2000, vol. 290, pág. 253).

Otros investigadores están trabajando en los mecanismos que controlan la altura de la planta. Buscan producir variedades enanas de trigo y arroz, para que así concentren la energía en el grano, en lugar del tallo. Un gene recién descubierto por Nick Harberd y sus colegas del John Innes, les están permitiendo producir variedades enanas (Nature, Julio 15, 1999, pág. 256). Para ello actúan sobre un pigmento proteico, llamado fitocromo, que respondiendo a la luz, regula la expresión de una variedad de genes comprometidos en el control del crecimiento de la planta.

Además de disminuir el crecimiento vertical, los genetistas están consiguiendo crecimiento en otras direcciones. Robert Fisher y Yukiko Mizukami de la Universidad de California, en Berkeley, han identificado el gene llamado "Aintegumenta", con lo que consiguen que la planta del tabaco produzca flores, hojas y semillas más grandes. También han conseguido que tengan raíces más largas y fuertes, lo que las hace más resistentes a la sequía. También por la manipulación genética, consiguen semillas más grandes. Mientras tanto Martín Yanofsky y sus colaboradores de la Universidad de California, han aislado el gene llamado Shatterproof 1 y 2, que controla el proceso de producción de lignina, logrando así un tallo más resistente (Nature, Abril 13, 2000, pág. 766).


El Control de las enfermedades

Mientras algunos investigadores se han dedicado, mediante la ingeniería genética, a modificar la estructura de las plantas, otros han concentrado sus esfuerzos en la prevención de enfermedades de las mismas. En este sentido se ha avanzado mucho en el conocimiento de los mecanismos defensivos de las plantas frente a infecciones virales, de hongos y bacterias patógenas. La idea es potenciar los genes que las plantas poseen para resistir a estos agentes patógenos.

Brian Staskawicz, de la Universidad de California, en Berkeley, ha identificado los genes que hacen a los tomates ser más resistentes a la enfermedad llamada Blackpost, producida por las bacterias "Xantomas campestris". Con ello han logrado tomates resistentes a la enfermedad (Proceeding of the National Academy of Science, Noviembre 23, 1999).

También se ha individualizado el gene DIR-1, que produce una resistencia sistémica para una amplia variedad de bacterias y hongos. Este mecanismo permite a la planta prevenir la expansión del agente patógeno, ya sea envolviéndolo en una pared o matando las células infestadas. "Este gene se ha encontrado en la Arabidopsis, pero también está en muchas otras plantas", afirma Animesh Ray, un biólogo molecular de Akkadis Corp. en la Jolla. Está trabajando con trigo, arroz, maíz y alfalfa, potenciando así sus mecanismos defensivos.

En resumen, los investigadores comienzan recién a rasguñar la superficie del genoma de las plantas, pero sin duda que en el futuro esta área va a desarrollarse enormemente, con lo que se llegará a producir cambios trascendentes en la producción agrícola. ¡Bienvenidos ellos, porque el mundo necesita de una nueva "Revolución Verde" para responder al crecimiento vegetativo de la población!