Descifrar la información genética de un helecho podría brindarnos posibles soluciones a múltiples problemas que enfrenta nuestro planeta en la actualidad.
En la secuenciación del genoma , la secuenciación del ADN se realiza para determinar el orden de los nucleótidos en cada molécula de ADN específica. Este orden exacto es valioso para comprender el tipo de información genética que contiene el ADN. Dado que los genes codifican proteínas responsables de la mayoría de las funciones corporales, esta información puede ayudar a comprender el efecto de su función en el organismo. Secuenciar el genoma completo de un organismo, es decir, todo su ADN, es una tarea compleja y desafiante que debe realizarse poco a poco, dividiendo el ADN en fragmentos más pequeños, secuenciándolos y luego ensamblándolos. Por ejemplo, la secuenciación completa del genoma humano en 2003 tomó 13 años y tuvo un costo total de 3 mil millones de dólares. Con los avances tecnológicos, los genomas se pueden secuenciar de forma relativamente más rápida y a un menor costo utilizando métodos como la secuenciación de Sanger y la secuenciación de próxima generación. Una vez que un genoma se ha secuenciado y decodificado, se abren posibilidades ilimitadas para identificar áreas potenciales de investigación biológica y avanzar hacia el desarrollo de aplicaciones específicas.
Un equipo de 40 investigadores de la Universidad de Cornell y de todo el mundo ha secuenciado el genoma completo de un helecho acuático llamado Azolla filiculoides 1,2 . Este helecho suele crecer en climas cálidos y regiones tropicales del mundo. El proyecto para desentrañar los secretos genómicos del helecho llevaba tiempo en desarrollo y fue financiado con 22,160 USD de 123 patrocinadores a través de la plataforma de financiación colectiva Experiment.com. Los investigadores recibieron financiación para llevar a cabo la secuenciación del Instituto de Genómica de Pekín en colaboración con la Universidad de Utrecht. Esta diminuta especie de helecho flotante, que cabe sobre una uña, tiene un genoma de 75 gigabases (o mil millones de pares de bases). Se sabe que los helechos tienen genomas grandes , con un promedio de 12 gigabases, pero hasta ahora no se había descifrado ninguno de los genomas de helechos más grandes. Este ambicioso proyecto tenía como objetivo proporcionar pistas sobre el potencial de este helecho.
Se han descubierto muchos aspectos interesantes del helecho Azolla tras un estudio de secuenciación del genoma publicado en Nature Plants , lo que ha proporcionado orientación para futuras investigaciones sobre posibles áreas beneficiosas para este helecho. El helecho Azolla estaba muy extendido y crecía en la Tierra alrededor del océano Ártico hace casi 50 millones de años. En aquella época, la Tierra era más cálida que en la actualidad, y se cree que este helecho desempeñó un papel importante en el mantenimiento de una temperatura más baja, capturando alrededor de 10 billones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera a lo largo de un millón de años. Aquí vemos el potencial papel de este helecho en la lucha contra el calentamiento global provocado por el cambio climático y en la protección de nuestro planeta .
Se cree que el helecho también desempeña un papel importante en la fijación de nitrógeno, un proceso que combina el nitrógeno libre (N₂) presente en la atmósfera —un gas inerte abundante en el aire— con otros elementos químicos para crear compuestos nitrogenados más reactivos, como amoníaco y nitratos, que luego pueden utilizarse en diversas aplicaciones, como fertilizantes agrícolas. Los datos genómicos revelan una relación simbiótica (de beneficio mutuo) entre este helecho y una cianobacteria llamada Nostoc azollae. Las hojas del helecho albergan estas cianobacterias en pequeños orificios, y estas fijan el nitrógeno, produciendo oxígeno que el helecho y las plantas circundantes pueden utilizar. A su vez, las cianobacterias obtienen energía mediante la fotosíntesis de las plantas cuando el helecho les proporciona el combustible. Por lo tanto, este helecho podría utilizarse como fertilizante verde natural y posiblemente eliminar el uso de fertilizantes nitrogenados, promoviendo prácticas agrícolas más sostenibles. Los autores afirman que, al disponer de los genomas de las cianobacterias y ahora del helecho, la investigación puede centrarse en el desarrollo y la adopción de dichas prácticas sostenibles. Curiosamente, los agricultores asiáticos llevan más de 1000 años utilizando el helecho Azolla como abono verde en los arrozales.
Los investigadores también han identificado un gen importante modificado naturalmente (insecticida) en el helecho que parece tener la capacidad de proporcionar resistencia a los insectos. Este gen, cuando se transfiere a las plantas de algodón, proporciona una protección masiva contra los insectos. Se cree que este gen "insecticida" se transfiere o "regala" de las bacterias al helecho y se considera que es un componente muy específico del linaje del helecho, es decir, se ha transmitido con éxito de generación en generación. El descubrimiento de una protección potencial contra los insectos seguramente tendrá un fuerte impacto en las prácticas agrícolas.
Este estudio demuestra que la ciencia pura de descifrar la primera información genómica de los helechos representa un paso fundamental para descubrir y comprender genes vegetales cruciales. También contribuye a una mejor comprensión de la historia evolutiva de los helechos, es decir, cómo sus características han evolucionado a lo largo de las generaciones. El conocimiento de las plantas es fundamental para explorar y comprender cómo la flora y la fauna coexisten armoniosamente en nuestro planeta , y este tipo de investigación debe recibir la importancia que merece, en lugar de considerarla irrelevante. Tras la secuenciación de Azolla filiculoides y Salvinia cucullata, más de diez especies de helechos ya se encuentran en fase de investigación.
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Fuentes)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Los genomas de los helechos dilucidan la evolución de las plantas terrestres y las simbiosis con cianobacterias. Nature Plants . 4(7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/ . [Consultado el 18 de julio de 2018].
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