Un equipo de la Universidad de Córdoba (UCO) utiliza la técnica CRISPR/Cas9, galardonada con el Nobel de Química en 2020, para investigar dos genes en judías que son cruciales para el metabolismo del nitrógeno. Este avance permite desentrañar funciones específicas de genes que antes eran difíciles de estudiar debido a la resistencia genética de las judías. Los investigadores han identificado que uno de los genes afecta al reciclaje de adenina, mientras que el otro regula hormonas esenciales para el crecimiento de raíces y nódulos. Estos hallazgos podrían mejorar la fijación del nitrógeno en cultivos y reducir la dependencia de fertilizantes químicos.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Córdoba (UCO) ha hecho un avance significativo en el estudio del metabolismo de las judías, utilizando la técnica de edición genética conocida como CRISPR/Cas9, galardonada con el Nobel de Química en 2020. Este método les ha permitido desentrañar las funciones de dos genes que desempeñan un papel crucial en este cultivo, los cuales no habían podido ser caracterizados mediante otras metodologías.
Las judías son un alimento fundamental en la dieta humana, destacándose por su alto valor nutricional y siendo la leguminosa más consumida directamente por las personas. Además, poseen una capacidad única para fijar nitrógeno en el suelo, lo que contribuye a reducir la dependencia de fertilizantes nitrogenados y mitigar la contaminación asociada. Sin embargo, el estudio detallado de estas plantas se complica debido a su resistencia a la transformación genética, lo que limita las posibilidades de generar mutantes o plantas modificadas para investigar sus genes.
El grupo de Fisiología Molecular y Biotecnología de Plantas se enfrentaba a este desafío al intentar estudiar el metabolismo de los nucleótidos purínicos, específicamente la adenina, esencial en todos los organismos y especialmente relevante en las judías por su papel en la asimilación del nitrógeno fijado. Las investigadoras Josefa Muñoz Alamillo y Cristina Mª López se centraron en analizar la enzima responsable del reciclaje de adenina, conocida como adenina fosforribosil transferasa (APRT). A pesar de que esta enzima tiene una función específica, descubrieron que existen cuatro copias diferentes del gen que la codifica.
“Nuestra pregunta era conocer las funciones específicas de esas cuatro copias del gen”, comenta Muñoz. Para ello, era necesario silenciar los demás genes y estudiar únicamente uno, un proceso complicado debido a la resistencia genética de las judías. Fue entonces cuando decidieron implementar CRISPR/Cas9 para editar dos genes relacionados con el reciclaje de nucleótidos en las raíces.
La aplicación exitosa del sistema CRISPR/Cas9 permitió crear mutantes funcionales para dos copias del gen APRT y caracterizar sus funciones individualmente. “Descubrimos que una copia afecta directamente al reciclaje de adenina, mientras que la otra es crucial para regular las citoquininas, hormonas clave para el crecimiento radicular y nodular”, explica Muñoz.
Los análisis posteriores revelaron que aunque ambas copias tienen funciones redundantes, también presentan especializaciones únicas. Este descubrimiento es significativo ya que hasta ahora se desconocía esta diferenciación funcional debido a la similitud entre los genes y a las dificultades planteadas por métodos tradicionales. Además, se observó que la ubicación de los genes influye en sus respectivas funciones: uno se expresa en el cloroplasto y el otro en el citosol.
Estos avances representan un hito en el entendimiento del metabolismo de la adenina en judías y abren nuevas vías para investigar otros genes implicados en procesos como el crecimiento radicular y la resistencia a condiciones adversas como la sequía. Las investigadoras planean continuar utilizando CRISPR/Cas9 para caracterizar estos otros genes y explorar su potencial impacto en cultivos agrícolas sostenibles.
Referencia:
Cristina Mª López, Saleh Alseekh, Félix J Martínez Rivas, Alisdair R Fernie, Pilar Prieto, Josefa M Alamillo, CRISPR/Cas9 editing of two adenine phosphoribosyl transferase coding genes reveals the functional specialization of adenine salvage proteins in common bean, Journal of Experimental Botany, Volume 76, Issue 2, 10 January 2025, Pages 346–362,
Se utilizó la técnica de edición genética CRISPR/Cas9, que fue galardonada con el Nobel de Química en 2020.
La judía es un alimento con alto valor nutricional y es la leguminosa de mayor consumo directo por las personas. Además, tiene la capacidad de fijar nitrógeno al suelo, lo que reduce la necesidad de fertilizantes nitrogenados.
Se estudiaron dos copias del gen que codifica para la enzima adenina fosforribosil transferasa (APRT), implicada en el reciclaje de adenina en el ciclo de fijación de nitrógeno.
Se descubrió que aunque las dos copias del gen tienen funciones redundantes, también poseen funciones específicas diferenciadas. Uno afecta al reciclaje de adenina y el otro regula las citoquininas, hormonas responsables del crecimiento de raíces y nódulos.
El siguiente paso es caracterizar las funciones de otros dos genes implicados que podrían tener roles en la regulación del crecimiento de la raíz y resistencia a la sequía.