Cómo las plantas controlan epigenéticamente sus principios activos
Un nuevo estudio muestra cómo funciona y se regula epigenéticamente la producción de sustancias farmacéuticamente relevantes en las plantas de belladona.
Las plantas son auténticas maestras en la producción de una gran variedad de sustancias químicas, por ejemplo para protegerse de depredadores o patógenos. Entre los cientos de miles de sustancias vegetales activas, unas cuantas son también de interés para el ser humano por sus efectos medicinales. Muchas plantas de las solanáceas, por ejemplo, producen lo que se conoce como withanólidos, un grupo diverso de esteroides con propiedades relevantes para la salud. La biosíntesis de estas sustancias y su regulación apenas se han investigado hasta la fecha.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Claude Becker, genetista de la Facultad de Biología de la LMU, ha descubierto ahora un grupo de genes responsable de la síntesis de withanólidos en la cereza de tierra (Physalis grisea). El estudio se ha llevado a cabo en colaboración con socios del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular Vegetal de Golm y de la Universidad de Hohenheim, y se ha publicado recientemente en la revista científica PNAS. "En el genoma, los grupos de genes como el que hemos identificado albergan en un espacio muy reducido los genes que codifican las enzimas de una vía biosintética", explica Becker. "Tales agrupaciones garantizan la regulación conjunta y la herencia de estos genes relacionados".
En el caso del clúster de la withanolida, el equipo encontró una duplicación en el genoma. Los dos subclusters resultantes forman dos unidades funcionalmente separadas: Uno es activo exclusivamente en las raíces y el otro sólo en los tejidos vegetales aéreos. "Lo que nos sorprendió es que la separación espacial y funcional de las dos unidades parece estar regulada epigenéticamente", afirma Becker. Por tanto, las dos versiones de la agrupación difieren entre sí en cuanto a la estructura local y las modificaciones químicas del material genético. Los investigadores suponen que esta separación permite a la planta construir una defensa química adaptada en los tejidos aéreos y subterráneos.
Mediante análisis genómicos comparativos, el equipo también pudo demostrar que la duplicación del grupo de genes sólo tuvo lugar en el grupo de las cerezas de la vejiga y sus parientes cercanos, mientras que el grupo en sí está muy conservado dentro de la familia de las solanáceas, pero está ausente en los géneros del tomate y la patata. "Nuestro estudio proporciona los primeros datos sobre la producción del diverso y multifuncional grupo de los withanólidos y, por tanto, sienta las bases para el desarrollo potencial de pesticidas alternativos y principios activos farmacéuticos", afirma Becker.
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Publicación original
Santiago Priego-Cubero, Eva Knoch, Zhidan Wang, Saleh Alseekh, Karl-Heinz Braun, Philipp Chapman, Alisdair R. Fernie, Chang Liu, Claude Becker; "Subfunctionalization and epigenetic regulation of a biosynthetic gene cluster in Solanaceae"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-2-20
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