Descubren cómo funciona el silenciamiento génico en plantas

Un grupo de investigación dirigido por Myriam Calonje Macaya en el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (IBVF), centro mixto entre la Universidad de Sevilla y el CSIC, en colaboración con el de Franziska Turck del Max Planck Institute for Plant Breeding Research de Colonia, ha publicado recientemente en Genome Biology un estudio que supone un avance significativo en el conocimiento de la regulación epigenética mediada por las proteínas del grupo Polycomb en plantas.

Todas las células de un organismo contienen la misma información en su ADN de tal forma que, para que puedan existir distintos tipos celulares y se puedan dar los distintos procesos del desarrollo, los genes que no se necesitan en un momento determinado deben mantenerse apagados. Este proceso es lo que se conoce como silenciamiento génico.

“Cuando nace una semilla se silencian una gran cantidad de genes que no se expresarán hasta que la planta sea adulta y requiera de esa actividad”, explica la doctora Calonje.

Este estado reprimido o silenciado de los genes se transmite a las células hijas tras la división estableciéndose una memoria celular.  En este proceso participan las proteínas del grupo Polycomb (PcG). Estas proteínas se organizan en dos complejos, PRC1 y PRC2, que incorporan modificaciones en las histonas que, junto con el ADN, constituyen la cromatina. Las modificaciones en las histonas no alteran la secuencia de ADN pero sí la estructura de la cromatina lo que afecta la expresión de los genes.

El silenciamiento génico mediado por marcas en la cromatina ocurre tanto en animales como en plantas. Los complejos PcG fueron caracterizaron primero en animales; PRC1 modifica mediante monoubiquitinación a la histona H2A, y PRC2 tiene actividad trimetiltransferasa frente a la histona H3. En base a distintos resultados obtenidos en animales, durante más de una década se pensaba que el mecanismo de acción de los complejos PcG en plantas seguía una secuencia similar a la descrita en animales, en la que la marca de trimetilación establecida por el PRC2 sirve de anclaje para el PRC1que a su vez monoubiquitina la H2A.

Científicos como Zhou, Romero-Campero y colaboradores investigaron la localización de estas modificaciones en el genoma de plantas silvestres y mutantes para determinar si esta secuencia se cumplía, pero encontraron que no. La actividad de PRC2 es dispensable para establecer marcas de monoubiquitinación; es más, se requiere la secuencia inversa para el silenciamiento de la mayoría de los genes.

“Este estudio apoya un cambio en el paradigma de una década que estaba llevando a un callejón sin salida la comprensión de la función PcG en plantas”, afirma la Dra. Calonje.

Este estudio se ha llevado a cabo con una planta modelo, Arabidopsis thaliana, pero los expertos aseguran que las conclusiones pueden ser extrapoladas a otras plantas, lo que supondría aplicaciones biotecnológicas en un futuro para la mejora fisiológica y el desarrollo de plantas.

Referencia bibliográfica: (H2A monoubiquitination in Arabidopsis thaliana is generally independent of LHP1 and PRC2 activity. Zhou Y, Romero-Campero FJ, Gómez-Zambrano Á, Turck F, Calonje M. Genome Biol. 2017 Apr 12;18(1):69. doi: 10.1186/s13059-017-1197-z).