Manipulación de la biosíntesis de taninos condensados en el mejoramiento genético de plantas forrajeras

Los taninos condensados son compuestos poliméricos derivados del metabolismo fenilpropanoide, sintetizados por vía metabólica de los flavonoides. Desde el punto de vista agronómico son importantes en la producción de leguminosas forrajeras donde pueden considerarse beneficiosos o perjudiciales de acuerdo a los niveles encontrados en la planta.

Por ejemplo, los niveles de taninos condensados superiores al 4-5% del peso seco son perjudiciales, actuando como factores antinutritivos, generando rechazo por parte del animal. En cantidades moderadas mejoran la calidad del forraje ya que reducen el meteorismo (exceso de gas a nivel intestinal), por disrupción de la espuma causada por las proteínas en el rumen, disminuyendo la pérdida de proteínas debido a desaminación microbiana y reduciendo la carga de parásitos en el animal.

El pastoreo directo de alfafa presenta el riesgo de causar meteorismo en los rumiantes que la consumen debido a la ausencia de taninos condensados en hojas y tallos. Sin embargo, la presencia de estos flavonoides en la semilla, demuestra que éstas semillas contienen todos los genes necesarios para la síntesis de taninos condensados. La identificación y aislamiento de los genes involucrados en la biosíntesis de taninos en semillas de alfafa permitirían manipular su expresión en hojas. Candidatos adecuados podría ser los genes de leucoantocianina – 4 reductasa (LAR) y de CHS.   

Las estrategias moleculares utilizadas para la manipulación de la biosíntesis de taninos se han orientado hacia la introducción de taninos condensados en alfafa y trébol blanco y a su reducción en leguminosas, las cuales tienen altos contenidos de taninos condensados.  

Mejoramiento genético de plantas forrajeras

Esta metodología, se basan en la disponibilidad de genes involucrados en la biosíntesis de antocianinas, que afectan las etapas comunes en la biosíntesis de flavonoides y la suposición de que estos funcionarán en la biosíntesis de taninos.

El estudio de mutantes de la vía metabólica de los flavonoides en Arabidopsis ha proporcionado abundante información acerca de la identidad de las enzimas involucradas en la síntesis de taninos en esta especie. Esto permitió el clonado, entre otros, de los genes CHS, CHI, F3H y DFR. Se identificó y clonó también el gen BAN (BANYULS) que parece ser específico de la vía de biosíntesis de los taninos.

Se ha intentado la regulación negativa o positiva de enzimas clave en la biosíntesis como es el caso de chalcona sintetasa (CHS) y leucoantocianina – 4 reductasa (LAR) respectivamente, o la activación de la ruta biosíntetica mediante la expresión de genes reguladores apropiados que gobiernen la vía a través de un accionar pleiotrópico (con efectos a varios niveles fenotípicos). El análisis de los promotores de algunos genes estructurales de esta vía demostró la presencia de motivos de secuencia específicos para la interacción con factores de transcripción de tipo MYB, bZIP y bHLH. Un ejemplo de esto lo constituye la transformación de plantas de Lotus corniculatus con el gen regulatorio Sn de maíz, que resultó en una disminución del contenido de taninos en hojas, conjuntamente con un aumento del nivel de los mismos en raíz.

Referencias:

• Germán Spangenberg, Mejoramiento de Plantas Forrajeras en la Era Genómica, Biotecnología y Mejoramiento Vegetal, VIII parte, capítulo 2, 269 – 271
• Carrera, A.; Tranquilli, G. y Helguera, M. Biotecnología y Mejoramiento Vegetal IV.

El Gen SRY y su Rol Determinante del Sexo

Diagrama del Cromosoma Y, señalando la ubicación del gen SRY/ Genética Médica – Thompson & Thompson

El sexo es controlado en la mayoría de los mamíferos a través de los cromosomas. La base del sistema XX/XY para la determinación del sexo se conoció poco después de que fuera posible realizar análisis citogenéticos. Estos estudios establecieron de manera rápida y firme el papel crucial del cromosoma Y en el desarrollo normal de una persona del género masculino. También puso en manifiesto el efecto relativamente pequeño que producen las variaciones del número del cromosoma X, tanto en hombre como en mujeres.

Por ejemplo, la presencia del cromosoma Y, hace que se dé la formación de los testículos y el desarrollo de los fenotipos masculinos. Existe una diferencia fundamental entre los efectos de la presencia de los testículos y ovarios debido a que los primeros son necesarios para el desarrollo de características masculinos, mientras que los ovarios no se requieren para el desarrollo de características femeninas.

Usualmente, una mujer tiene dos cromosomas X (XX) y un hombre tiene uno X y uno Y (XY). Aunque las características femeninas y masculinas pueden encontrarse en un individuo y es posible que exista una mujer XY y un hombre XX. Los análisis de dichos individuos han revelado el papel que juegan algunas de las moléculas involucradas en la determinación del sexo, incluyendo el gen SRY, el cual es importante para la formación de los testículos.

Las vías del desarrollo de los ovarios y testículos permiten que su formación sea considerada una cascada de regulación génica: masculino-específico o femenino-específico comenzando con el gen SRY actuando como «switch genético» que diverge la vía del desarrollo gonadal, de la vía predeterminada de los ovarios. En los modelos estudiados en ratón, en uno XY, la determinación de los testículos se da por la expresión transitoria del gen SRY (Sex-determinig region on the Y chromosome) del cromosoma Y. Mientras que en las hembras XX (en ausencia del SRY), se da el desarrollo de los ovarios.

El gen SRY, a nivel celular, se une al otro ADN y al hacerlo, distorsiona dramáticamente su forma. Esto altera las propiedades del ADN y altera probablemente la propiedades del ADN como altera la expresión de un número de genes, lo que lleva a la formación de los testículos.

La mayoría de los hombres XX que carecen del cromosoma Y, todavía pueden formar los testículos, teniendo una copia de la región SRY en uno de los cromosomas X. La presencia de esta copia explica la masculinidad en estos individuos. Sin embargo, como el resto del cromosoma Y no se encuentra, con frecuencia no se desarrollan características sexuales secundarias en la forma habitual.

Ya que el SRY humano es similar al SRY del ratón, un modelo de estudio de la función del SRY se ha desarrollado. Esto ha sido particularmente importante en el descubrimiento de la interacción del SRY en otros genes importantes en la determinación del sexo masculino.

El rol del SRY como «switch genético» para el desarrollo de los testículos se ejemplifica en humanos por la identificación de hembras 46, XY, portando una mutación en el gen SRY y por pacientes machos 46, XX con translocaciones del material del cromosoma , incluyendo el gen SRY. En ratones transgénicos, la sobre expresión del SRY durante la embriogénesis en un XX permite la reversión del sexo femenino a masculino, confirmando que se requiere del SRY para la formación de los testículos. Estos estudios claramente indentifican al SRY como el gen maestro en la formación testicular, aunque los mecanismos de acción del SRY aún son del todo entendidos.

Fuentes:

• Bernanrd P, Sim H, Knower K, Vilain E, Harley V 2008, Human SRY inhibits β-catenin-mediated transcription, Int J Biochem Cell Biol. 2008;40(12): 2889-2900.
• Bethesda (MD), National Center for Biotechnology Information (US) 1998, SRY: Sex determination, en: Genes and Disease, [online], consultado el: 12 de diciembre de 2011, disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22246/.
• Nussbaum RL, McInnes RR, Willard HF, Genética en Medicina, 7ma Edición, Ed. Saunders, Elsevier Mason