Gracias a la tecnología de edición genética CRISPR/Cas9, la misma que fue galardonada con el Premio Nobel de Química en 2020, un equipo de investigación ha logrado descifrar el papel de dos genes clave en la judía, una leguminosa fundamental tanto por su valor nutricional como por su capacidad para fijar nitrógeno en el suelo. Este hallazgo permite, por primera vez, diferenciar sus funciones y entender cómo influyen en el crecimiento de la raíz y la formación de los nódulos responsables de la fijación de nitrógeno, un proceso esencial para la fertilidad del suelo y la reducción del uso de fertilizantes nitrogenados.

Sin embargo, estudiar en profundidad los genes de la judía ha sido históricamente un reto para la comunidad científica. Esta planta presenta una alta resistencia a la transformación genética, lo que ha dificultado el uso de métodos convencionales para investigar la función de sus genes. Esto había impedido, hasta ahora, generar plantas modificadas en las que se pudieran silenciar o activar selectivamente determinados genes para analizar su impacto en el metabolismo de la planta.

Un rompecabezas genético resuelto con CRISPR

Uno de los principales interrogantes que abordaba la investigación era la función de la adenina fosforribosil transferasa (APRT), una enzima clave en el reciclaje de la adenina. Aunque esta enzima tiene una función clara, se había identificado que la judía contaba con cuatro copias diferentes del gen que la codifica. Determinar la función específica de cada una era un reto, ya que las copias eran prácticamente idénticas y la planta es altamente resistente a modificaciones genéticas convencionales.

Mediante la tecnología CRISPR/Cas9, se logró generar mutaciones en dos de estos genes y estudiar su efecto de manera separada. Los análisis mostraron que, si bien ambas copias tenían funciones redundantes en ciertos procesos, también presentaban diferencias cruciales. Mientras que una de ellas era fundamental para el reciclaje de la adenina, la otra desempeñaba un papel clave en la regulación de las citoquininas, un tipo de hormona que controla el crecimiento de las raíces y los nódulos de la planta.

Además, los investigadores descubrieron que la ubicación de estos genes dentro de la célula estaba directamente relacionada con su función. Uno de ellos se expresaba en el cloroplasto, órgano responsable de la fotosíntesis, mientras que el otro se encontraba en el citosol, la parte líquida en la que flotan los orgánulos celulares. Esta diferencia de localización es un factor determinante en la especialización funcional de cada gen.

Implicaciones del hallazgo y próximos pasos

Este avance permite comprender mejor el metabolismo de la adenina en la judía y su relación con la fijación de nitrógeno, lo que abre nuevas puertas para mejorar la productividad de este cultivo. Además, la aplicación de CRISPR/Cas9, que hasta ahora había sido poco utilizada en leguminosas, demuestra su potencial como herramienta para el estudio y la mejora genética de estas plantas.

El siguiente paso en la investigación será analizar las funciones de las otras dos copias del gen APRT, que podrían estar involucradas en la regulación del crecimiento de la raíz y en la resistencia a la sequía. Para ello, el equipo de investigación seguirá utilizando la edición genética con CRISPR/Cas9, con el objetivo de identificar nuevas estrategias que permitan optimizar el cultivo de la judía y aprovechar al máximo su capacidad de fijar nitrógeno.

Este estudio ha sido desarrollado por el Grupo de Fisiología Molecular y Biotecnología de Plantas de la Universidad de Córdoba, con la participación de las investigadoras Josefa Muñoz Alamillo y Cristina Mª López.