Un banco genético criollo para conocer los secretos de las orquídeas

En Colombia varios investigadores se esfuerzan por contribuir en el campo de la genética, la botánica y la conservación. Un grupo de ellos tiene una tarea particular: buscar los genes de las plantas tropicales que habitan nuestro territorio. Aunque no son los únicos ni los primeros en hacer esto, sí lo son en trabajar con una muestra representativa de especies muy colombianas. “Estamos desarrollando un banco de información genética sobre nuestras orquídeas, específicamente buscamos entender cómo florecen”, dice Yesenia Madrigal, bióloga y una de las integrantes del grupo de investigación “Evo-Devo en Plantas” de la Universidad de Antioquia. (Lea El robo de unas orquídeas tiene preocupados a científicos británicos. ¿Por qué?)

En Colombia varios investigadores se esfuerzan por contribuir en el campo de la genética, la botánica y la conservación. Un grupo de ellos tiene una tarea particular: buscar los genes de las plantas tropicales que habitan nuestro territorio. Aunque no son los únicos ni los primeros en hacer esto, sí lo son en trabajar con una muestra representativa de especies muy colombianas. “Estamos desarrollando un banco de información genética sobre nuestras orquídeas, específicamente buscamos entender cómo florecen”, dice Yesenia Madrigal, bióloga y una de las integrantes del grupo de investigación “Evo-Devo en Plantas” de la Universidad de Antioquia. (Lea El robo de unas orquídeas tiene preocupados a científicos británicos. ¿Por qué?)

Madrigal recientemente encontró 50 genes que participan en la floración de trece orquídeas, la mayoría colombianas. Esta investigación, que inició hace varios años, busca conservarlas y mejorar su producción en los viveros. “Nos concentramos en las especies que consideramos ornamentales en el país y podrían estar en riesgo por su constante extracción de la naturaleza; si mejoramos su producción en los viveros, también las conservamos. Esto es un gran avance porque quizás en un futuro, con esta información, podamos hacer nuestro primer genoma”, dice.

La importancia de la información genética

Cuando se secuencia un genoma (un trabajo costoso y de mucho tiempo) es posible conocer datos imprescindibles sobre una especie en cuanto a su desarrollo y funcionamiento. El primer genoma de una orquídea lo secuenció un equipo internacional de científicos en 2014. Se trató de la especie Phalaenopsis equestris y participaron investigadores de China, Taiwán y Bélgica. Desde entonces, los avances en el tema, como dice Madrigal, han sido pocos pero importantes. Hasta el momento, solo existen 4 genomas completos disponibles y cerca de 28 transcriptomas secuenciados, ninguno de especies neotropicales como las que investigan en el laboratorio EvoDevo. (Lea Por un siglo pensaron que esta orquídea estaba extinta, pero la acaban de identificar)

Desde hace diez años en este laboratorio, dirigido por los profesores Natalia Pabón y Favio González, le apuestan a construir un banco genético de plantas tropicales “raras”, entre estas las orquídeas. Aunque todavía no logran secuenciar un genoma completo, ya iniciaron dos proyectos para hacerlo. “Además, tenemos 110 transcriptomas, que, en otras palabras, es información genética en menor escala que un genoma pero que también nos permite hacer aproximaciones importantes”, dice Pabón.

En el laboratorio estudian plantas que consideran “interesantes” como las clorantáceas que son plantas realmente antiguas y propias de ecosistemas altoandinos como el granizo de páramo, y otras como las solanáceas (uchuvas, berenjenas y borracheros) y las rubiáceas (café, borojó y guanábana cimarrona) por su valor frutal. “También investigamos helechos y plantas parásitas; es un popurrí de especies neotropicales que tienen alguna importancia para el país y la biología”, explica Pabón.

Estos científicos se pusieron la tarea de trabajar con plantas que no son modelo, es decir, poco estudiadas y difíciles de investigar. Mientras que de un organismo modelo se conoce casi toda su información genética como ocurre con los ratoncitos blancos (Mus musculus) en la biología animal, las moscas de fruta (Drosophila melanogaster) en el estudio de los insectos (entomología) y la Arabidopsis thaliana en las plantas, de las especies con las que trabajan en el laboratorio EvoDevo no se conoce casi nada. (Le podría interesar Fotos: las plantas endémicas que habitan los páramos y están en peligro de extinción)

Un banco genético de orquídeas

Las orquídeas son un grupo complejo para investigar por su amplia diversidad, porque su información genética es escasa y porque son especies difíciles de florecer en un laboratorio. Según la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN) hay más de 27 mil especies y son una de las familias de plantas más numerosas del mundo. Por ejemplo, en Colombia existen más de cuatro mil.

Desde su pregrado, Yesenia Madrigal se obsesionó con las orquídeas, se preguntaba por qué hay tantas y cómo han llegado a ser tan exitosas en ambientes hostiles. Hoy ya conoce un pedazo de la respuesta. “Resulta que las orquídeas, en comparación con otras plantas, son muy poliploides, es decir, tienen muchas copias de información genética, lo que significa que pueden usar mucha información genética para hacer distintas cosas” explica. (Lea Así está alterando el cambio climático el periodo en el que las plantas florecen)

En 2017 un grupo de científicos chinos explicó la razón de su poliploidía. Lo hicieron secuenciando el genoma de otra especie de orquídea, la Apostasia shenzhenica. Con ella descubrieron que estas plantas duplicaron hace 66 millones de años su genoma completo para sobrevivir. Es decir, lograron crear muchas copias de su información y eso explica por qué son tan diversas y su capacidad de adaptación. “Mientras que una especie modelo puede tener un gen promotor de floración, las orquídeas pueden tener hasta siete copias de este”, dice la joven orquidióloga.

El camino para construir el banco genético de trece especies de orquídeas inició con un proyecto de simetría floral. Se preguntaron por qué estas plantas cambian tanto de forma entre unas y otras, y además por qué no son tan simétricas como un lirio, una dalia o una camelia. “Otras especies de plantas tienen una red genética para hacer simetría muy particular y conservada, con pocos genes que intervienen. Cuando miramos las orquídeas nos encontramos con un mundo distinto, en donde hay muchas copias de genes muy diferentes que se expresan por todas partes, y por tanto cambia su simetría”, afirma Madrigal. (Lea Extinción de animales dificulta adaptación de plantas al calentamiento global)

Después del proyecto de simetría se preguntaron por la genética de su floración. Aunque las orquídeas son famosas por sus flores, muchas tardan tiempo en florecer, algunas lo hacen de forma muy limitada, mientras que otras no paran de hacerlo. Madrigal se preguntó por qué y formuló un estudio que le que permitió acceder a becas como Fullbright Colombia para realizar su pasantía doctoral en Cornell University (EEUU). Limitó su búsqueda a aquellas orquídeas con un potencial comercial o de conservación para el país, entre ellas la flor nacional, la Cattleya trianae.

“La floración es un punto crítico en el desarrollo de las plantas porque involucra la reproducción. Estos procesos están mediados genéticamente y por el ambiente. Por ejemplo, las plantas que florecen en zonas más distantes del trópico lo hacen porque el frío del invierno inactiva los represores de la floración, y florecen en primavera por el aumento de la temperatura. En el trópico no hay estaciones, ni cambios de temperatura drásticos, eso hace misterioso este proceso”, explica Natalia Pabón.

Gracias a diferentes estrategias a nivel de evolución y expresión de genes han encontrado que las orquídeas tienen muchas copias de información importante para la floración. Hallaron 50 genes que participan directamente en la transición floral y, de estos, siete que consideran determinantes en el proceso. “Definitivamente no encontramos la misma información genética que hace florecer a otras plantas. Son especies muy particulares que estamos aprendiendo a conocer y a cuidar”, dice Madrigal. (Lea Las plantas que esconden en su ADN los cambios de los ríos de Colombia)

Los hallazgos de esta científica no solo dan luces sobre cómo florecen las orquídeas, también proporciona información genética importante que no se tenía hasta el momento de varias especies en el país, como la Epidendrum fimbriatum, la Masdevalia wendlandiana, la Stelis pusilla, entre otras. Los alcances de este laboratorio han llegado a hacer investigaciones sobre la genética de la formación de los pelos de las plantas y la coloración de otras. “En nuestro laboratorio hacemos ciencia criolla para transformar el país”, finaliza Pabón.