Revelan rol clave de una enzima en la germinación y recuperación de semillas envejecidas

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Un estudio de investigadores del CONICET describió por primera vez la actividad de la proteína MBD4L 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.

Semilla normal de Arabidopsis thaliana bajo microscopio confocal. Crédito de la imagen: Ignacio Lescano López et al.

Especialistas del CONICET describieron por primera vez la función clave de una enzima de reparación del ADN, llamada MBD4L, en la germinación de las semillas y en evitar su envejecimiento durante el almacenamiento. Sus hallazgos, publicados recientemente en la revista The Plant Journal, abren nuevas perspectivas sobre la importancia de esta enzima en las primeras etapas de vida de las plantas y podrían tener significativas aplicaciones en la agricultura y la biotecnología.

“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”, explicó [Ignacio Lescano López(https://ri.conicet.gov.ar/author/44343)], investigador del CONICET en la Unidad de Estudios Agropecuarios (UDEA, CONICET-INTA) y primer autor del trabajo.

En un artículo con la firma de María Pía Tavella, del Área de Comunicación CONICET Córdoba, se indicó que 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 el crecimiento y sobrevida de la planta. “En este estudio, verificamos que MBD4L es necesaria para activar un mecanismo que remueve 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”, destacó 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, luego 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”, comentó María Elena Álvarez, investigadora del CONICET en el Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC, CONICET-UNC) y directora del equipo.

María Elena Álvarez e Ignacio Lescano López. Crédito de la imagen: Ignacio Lescano López et al.

Según los autores, 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”, afirmó Lescano.

La investigación básica germina con el esfuerzo sostenido
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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.

“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”, relató la científica.

Ignacio Lescano López, José R. Torres, Nicolás Cecchini y María Elena Álvarez. Crédito de la imagen: Ignacio Lescano López et al.

De la investigación publicada este año en The Plant Journal también participaron José R. Torres, actualmente becario postdoctoral del CONICET en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA, CONICET-UBA), y Nicolás Cecchini, investigador del CONICET en el CIQUIBIC.

“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”, concluyó Álvarez.

Referencias bibliográficas:

Lescano López, I., Torres, J. R., Cecchini, N. M., & Alvarez, M. E. (2024). Arabidopsis DNA glycosylase MBD4L improves recovery of aged seeds. The Plant Journal, 119(4), 2021-2032. Doi: https://doi.org/10.1111/tpj.16907

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