Estudio desafía la teoría evolutiva de que las mutaciones del ADN son aleatorias

Los hallazgos podrían conducir a avances en el fitomejoramiento y la genética humana.

Una simple hierba al borde de la carretera puede ser la clave para comprender y predecir la mutación del ADN, según una nueva investigación de la Universidad de California, Davis, y el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania.

Los hallazgos cambian radicalmente nuestra comprensión de la evolución y algún día podrían ayudar a los investigadores a producir mejores cultivos o incluso ayudar a los humanos a combatir el cáncer.

Las mutaciones ocurren cuando el ADN se daña y no se repara, creando una nueva variación.

Los científicos querían saber si la mutación era puramente aleatoria o algo más profundo.

Lo que encontraron fue inesperado.

“Siempre pensamos que la mutación era básicamente aleatoria en todo el genoma”, dijo Gray Monroe, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de las Plantas de UC Davis y autor principal del artículo.

“Resulta que la mutación es muy poco aleatoria y no es aleatoria de una manera que beneficia a la planta.

Es una forma totalmente nueva de pensar sobre la mutación”.

Los investigadores pasaron tres años secuenciando el ADN de cientos de Arabidopsis thaliana, o thale cress, una pequeña maleza con flores considerada la “rata de laboratorio entre las plantas” debido a su genoma relativamente pequeño que comprende alrededor de 120 millones de pares de bases.

Los humanos, en comparación, tienen aproximadamente 3 mil millones de pares de bases.

“Es un organismo modelo para la genética”, dijo Monroe.

El trabajo comenzó en el Instituto Max Planck, donde los investigadores cultivaron especímenes en un entorno de laboratorio protegido, lo que permitió que las plantas con defectos que tal vez no hayan sobrevivido en la naturaleza puedan sobrevivir en un espacio controlado.

La secuenciación de esos cientos de plantas de Arabidopsis thaliana reveló más de 1 millón de mutaciones.

Dentro de esas mutaciones se reveló un patrón no aleatorio, contrario a lo que se esperaba.

“A primera vista, lo que encontramos parecía contradecir la teoría establecida de que las mutaciones iniciales son completamente aleatorias y que solo la selección natural determina qué mutaciones se observan en los organismos”, dijo Detlef Weigel, director científico del Instituto Max Planck y autor principal del estudio.

En lugar de la aleatoriedad, encontraron parches del genoma con bajas tasas de mutación.

En esos parches, se sorprendieron al descubrir una representación excesiva de genes esenciales, como los involucrados en el crecimiento celular y la expresión génica.

“Estas son las regiones realmente importantes del genoma”, dijo Monroe.

“Las áreas que son biológicamente más importantes son las que están protegidas de la mutación”.

Las áreas también son sensibles a los efectos nocivos de nuevas mutaciones.

“La reparación del daño en el ADN parece, por lo tanto, ser particularmente efectiva en estas regiones“, agregó Weigel.

Los científicos descubrieron que la forma en que el ADN se envolvía alrededor de diferentes tipos de proteínas era un buen predictor de si un gen mutaría o no.

“Significa que podemos predecir qué genes tienen más probabilidades de mutar que otros y nos da una buena idea de lo que está pasando”, dijo Weigel.

Los hallazgos agregan un giro sorprendente a la teoría de la evolución por selección natural de Charles Darwin porque revela que la planta ha evolucionado para proteger sus genes de la mutación para asegurar la supervivencia.

“La planta ha desarrollado una forma de proteger sus lugares más importantes de la mutación”, dijo Weigel.

“Esto es emocionante porque incluso podríamos usar estos descubrimientos para pensar en cómo proteger los genes humanos de la mutación”.

Saber por qué algunas regiones del genoma mutan más que otras podría ayudar a los mejoradores que dependen de la variación genética para desarrollar mejores cultivos.

Los científicos también podrían usar la información para predecir mejor o desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades como el cáncer que son causadas por mutaciones.

“Nuestros descubrimientos brindan una descripción más completa de las fuerzas que impulsan los patrones de variación natural; deberían inspirar nuevas vías de investigación teórica y práctica sobre el papel de la mutación en la evolución”, concluye el artículo.

Fuente: UC Davis