Enzima que impide el envejecimiento de las semillas durante el almacenamiento

Unos científicos han descrito por vez primera la actividad de cierta enzima en la reparación de los daños genéticos que sufren las semillas al ser almacenadas. La investigación representa un valioso aporte a futuros desarrollos biotecnológicos para la agricultura.

La enzima en cuestión es la denominada MBD4L. Entre otras cosas, se ocupa de reparar ADN, interviene en la germinación de las semillas y evita el envejecimiento de estas durante el almacenamiento.

Los hallazgos realizados en el nuevo estudio abren nuevas perspectivas sobre la importancia de esta enzima en las primeras etapas de vida de los vegetales.

“El envejecimiento de las semillas es un proceso que lleva a la acumulación de daños en sus moléculas y su genoma. Constituye un problema, porque las semillas envejecidas tienen menor viabilidad y vigor, lo que puede resultar en cosechas menos productivas. Si bien el envejecimiento ocurre de forma natural, también puede ser exacerbado por ciertas condiciones climáticas, como una alta humedad relativa y temperaturas extremas”, explica Ignacio Lescano López, coautor del estudio así como investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en la Unidad de Estudios Agropecuarios (UDEA, dependiente del CONICET y del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA)), en Argentina todas estas entidades.

Ya se sabe que estas mutaciones en el genoma deben repararse antes de la germinación, para que no se transmitan a la siguiente generación y puedan perjudicar al crecimiento y la capacidad de supervivencia de la planta. “En este estudio, verificamos que MBD4L es necesaria para activar un mecanismo que retira los errores acumulados en el ADN, denominado sistema de reparación por escisión de bases (BER). Vimos que la actividad de la enzima ocurre durante la imbibición, que es el proceso de toma de agua de la semilla en momentos previos a la germinación. Con la imbibición, se empieza a activar el metabolismo de la semilla, así como estos sistemas de reparación del ADN”, destaca Lescano.

Para investigar los efectos de MBD4L en la germinación, los científicos utilizaron semillas de una planta modelo, Arabidopsis thaliana, con distintos niveles de la enzima. Por un lado, demostraron que las semillas mutantes que no producen la enzima sufren un retardo en la germinación y tienen menor viabilidad, después de ser almacenadas por un año. A su vez, obtuvieron líneas transgénicas que producen más copias de MBD4L y observaron que sus semillas presentan una mejor respuesta de la reparación y una germinación más rápida. “Al ver las dos caras de la misma moneda, la falta y el exceso de la enzima, se confirma su función en las plantas”, comenta María Elena Álvarez, investigadora del CONICET en el Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC, centro mixto del CONICET y la Universidad Nacional de Córdoba, en Argentina todas estas instituciones.

Según los autores del estudio, estos hallazgos podrían tener gran relevancia para el desarrollo de herramientas biotecnológicas que propicien la viabilidad de semillas y las vuelvan más resistentes al envejecimiento. “En 2022, presentamos nuestros resultados en un congreso internacional sobre respuestas moleculares en plantas frente al cambio climático y recibimos buenas repercusiones. En el contexto actual de cambio global, uno de los problemas es el aumento de la temperatura en los lugares donde se conservan las semillas. Por eso, es crucial encontrar maneras de mantener y mejorar la calidad de las semillas almacenadas para garantizar una producción agrícola sostenible”, afirma Lescano.

La investigación básica germina con el esfuerzo sostenido

Aunque desde hace tiempo se conoce la función de esta enzima de reparación genética en mamíferos, su equivalente en plantas ha sido menos investigado. El equipo dirigido por María Elena Álvarez tiene una trayectoria de diez años en el estudio de la actividad de MBD4L en Arabidopsis thaliana.

Semilla normal de Arabidopsis thaliana bajo microscopio confocal. (Imagen: equipo de investigación. CC BY 2.5 AR)

“Varios becarios han transitado por esta línea de investigación, aportando distintos conocimientos sobre la enzima. Nuestro interés es conocer sus efectos en diferentes condiciones en las que la planta está sometida a estrés. En una investigación previa mostramos por primera vez, mediante experimentos in vivo, que la enzima se activa en las plantas frente al daño generado por agentes genotóxicos. Luego, en el presente trabajo, buscamos detectar la actividad de MBD4L en alguna etapa de la vida de la planta, en condiciones fisiológicas. Así, elegimos la semilla como modelo para estudiar la reparación de las lesiones que se producen en el ADN durante el tiempo en que está conservada en estado de dormancia”, relata la científica.

De la nueva investigación también participaron José R. Torres, actualmente becario postdoctoral del CONICET en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA, centro mixto del CONICET y la Universidad de Buenos Aires (UBA)), y Nicolás Cecchini, investigador del CONICET en el CIQUIBIC, en Argentina todas estas entidades.

“Estamos abiertos a colaborar con expertos del área aplicada y de la biotecnología que tengan interés en el tema. Contamos con muchas herramientas para monitorear la actividad de la enzima y saber si está activa o no, sabemos dónde y cómo estudiarla y aunque aún no tenemos modelos de plantas de interés agronómico, estamos abiertos a emprender este tipo de estudios. Este es un ejemplo de que los desarrollos aplicados son fruto de una larga historia de inversión en investigación básica, cuya continuidad depende del apoyo a los jóvenes científicos que serán los nuevos líderes de la ciencia argentina”, concluye Álvarez.

El estudio se titula “Arabidopsis DNA glycosylase MBD4L improves recovery of aged seeds”. Y se ha publicado en la revista académica The Plant Journal. (Fuente: María Pía Tavella / CONICET. CC BY 2.5 AR)