La memoria epigenética desempeñan un papel crucial para ayudar a los árboles a responder a factores estresantes
Las semillas de los pinos marítimos recuerdan las temperaturas que experimentaron durante su desarrollo inicial. Este recuerdo persiste en los árboles jóvenes al menos dos años después de la germinación.
El descubrimiento fue realizado por investigadores del INRAE, el CEA, la FCBA, la Universidad de Orleans, la Universidad de Perpiñán y la Universidad de Lisboa.
La memoria es de naturaleza epigenética, lo que significa que las experiencias ambientales de las semillas influyeron en la expresión, pero no en las secuencias de ADN, de sus genes.
Los investigadores descubrieron que las marcas epigenéticas estaban presentes en 10 genes implicados en la promoción del desarrollo, las respuestas protectoras y la adaptación de los árboles. El trabajo sugiere que los árboles podrían ser condicionados muy temprano en el desarrollo para manejar cambios de temperatura u otros factores ambientales, lo que les permitiría lidiar mejor con las condiciones cambiantes a lo largo de sus vidas.
Las proyecciones del cambio climático indican que las temperaturas globales aumentarán significativamente, lo que significa que la mayoría de los bosques enfrentarán olas de calor y sequías más frecuentes y severas. Los árboles pueden experimentar estos factores estresantes en etapas muy tempranas de su desarrollo: como embriones dentro de las semillas.
Desde finales de la década de 2000, la producción de semillas está en declive para el pino marítimo (Pinus pinaster), una de las principales especies arbóreas comerciales en la cuenca mediterránea en general y en Francia en particular.
Por lo tanto, es importante comprender cómo responde el pino marítimo a las condiciones de temperatura durante la formación del embrión (es decir, embriogénesis) y aclarar los efectos duraderos durante el resto del ciclo de vida del árbol, desde la plántula hasta el adulto.
En primer lugar, los investigadores observaron que la temperatura experimentada por las semillas de pino marítimo afectaba las facetas biológicas y bioquímicas del desarrollo del embrión; esta influencia continuó durante al menos tres años después de la germinación. De esta forma, los árboles jóvenes conservaron los recuerdos de sus primeras experiencias de temperatura; sin embargo, no se observaron efectos cinco años después de la germinación.
Estos hallazgos sugieren un mecanismo epigenético más que genético. Más específicamente, las condiciones de temperatura experimentadas durante el desarrollo embrionario indujeron cambios en la expresión génica sin modificar las secuencias de ADN de los genes. Los cambios epigenéticos pueden transmitirse durante la división celular a lo largo del desarrollo; también son potencialmente reversibles.
Imagen: Izquierda: Los embriones de pino marítimo experimentaron una de tres temperaturas diferentes durante la maduración: 23°C (control), 18°C (baja) o 28°C (alta). Los árboles fueron monitoreados durante cinco años después de la germinación. Centro: Primero pasaron un período de aclimatación en un invernadero, creciendo en macetas. Derecha: Luego fueron plantados al aire libre. Crédito: S. Maury (INRAE)/FCBA
Luego, para simplificar el estudio de estos complejos procesos epigenéticos, los investigadores produjeron múltiples embriones a partir de una única semilla de pino marítimo (es decir, clones de un solo árbol). Crearon tres grupos de embriones que estuvieron expuestos a una de tres temperaturas (control: 23°C, baja: 18°C, alta: 28°C) durante el período de maduración de 3 meses. Todas las semillas fueron germinadas a 23°C.
Las observaciones continuaron durante los cinco años siguientes: primero en el laboratorio, luego en un invernadero y, finalmente, en el campo. El genoma del pino marítimo es extremadamente grande (ocho veces más grande que el genoma humano) y aún no se ha secuenciado por completo.
En consecuencia, los investigadores perfeccionaron una técnica para obtener datos sobre regiones genómicas y genes relevantes y, de esta manera, pudieron analizar patrones de metilación del ADN, un proceso epigenético que puede inducir cambios en la expresión génica. Los cambios resultantes pueden transmitirse durante la división celular a lo largo del desarrollo.
Se realizaron análisis en los grupos de semillas en tres puntos de desarrollo. Los investigadores observaron la existencia de varios miles de marcas de metilación del ADN, cuya presencia estaba influenciada por la temperatura experimentada por los embriones durante la maduración y que se mantuvo constante dos años después de la germinación.
Imagen derecha: Semillas de pino marítimo
Los investigadores identificaron 10 genes que mostraban una acumulación de marcas epigenéticas. Los genes estaban asociados con funciones conocidas, en particular respuestas protectoras al estrés, adaptaciones a las condiciones de temperatura y desarrollo embrionario. Es muy probable que estos genes estén detrás de la memoria epigenética de las condiciones de temperatura del pino marítimo durante la embriogénesis, una memoria que persiste en el árbol en crecimiento.
Este trabajo muestra que las modificaciones epigenéticas durante el desarrollo embrionario pueden persistir en el desarrollo postembrionario (es decir, después de la germinación) en los árboles específicamente y en las plantas en general. Los hallazgos de los investigadores sugieren que las plantas longevas, como los árboles, podrían ser condicionadas en una etapa muy temprana del desarrollo para afrontar mejor la temperatura u otros factores ambientales, un rasgo que sería de interés para la gestión forestal.
Las memorias epigenéticas también podrían desempeñar un papel crucial para ayudar a los árboles a responder a factores estresantes recurrentes, como el estrés térmico, y adaptarse rápidamente a las condiciones ambientales cambiantes a lo largo de toda su vida. Los regímenes de gestión forestal podrían utilizar este mecanismo epigenético para adaptar mejor y conservar de forma sostenible los recursos genéticos forestales frente al cambio climático global.
La investigación se ha publicado en Plant Physiology: Epigenetic memory of temperature sensed during somatic embryo maturation in 2-year-old maritime pine trees
