Una novedosa herramienta molecular revela cómo los musgos afrontan la contaminación
Las emisiones de metales pesados por parte de las actividades humanas representan un importante problema ambiental debido a la alta toxicidad y persistencia de estos contaminantes en los suelos, las masas de agua y la atmósfera. Es vital conocer cómo los organismos vivos interactúan con estos contaminantes para comprender y gestionar mejor los efectos de la contaminación en los ecosistemas, sus componentes y sus funciones. Las plantas en general, y los musgos en particular, usan unos mecanismos moleculares altamente sofisticados para afrontar las presiones ambientales, como la contaminación por metales pesados, la sequía y los niveles elevados de radiación ultravioleta. Por tanto, constituyen un recurso biológico de valor incalculable como objeto de estudio, dado que son sésiles e incapaces de huir de sus entornos. El proyecto BRYOMICS usó musgos para que los científicos pudieran comprender mejor las interacciones entre organismos vivos y la contaminación por metales pesados, y descubrir genes y productos génicos con el fin de desarrollar herramientas biotecnológicas para reparar la calidad del aire y mejorar los cultivos. Esta investigación se ha llevado a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie.
Un nuevo planteamiento
Los investigadores exploraron los mecanismos que subyacen la variabilidad intraespecífica en la acumulación de metales pesados y la tolerancia en dos especies de musgo terrestres con afinidades a los metales pesados contrapuestas. Estos musgos fueron el de cobre «Scopelophila cataractae», principalmente restringido a sustratos enriquecidos con metales pesados, y el «Ceratodon purpureus» de hábitat más amplio, que puede vivir en sustratos contaminados y no contaminados. Los científicos cultivaron los musgos en el laboratorio usando grupos de control y tratamientos enriquecidos con cadmio (Cd) y cobre (Cu). Midieron la acumulación de Cd y Cu y el rendimiento de las plantas para determinar su respuesta a estos contaminantes. «Usamos epigenotipado por secuenciación (epiGBS, por sus siglas en inglés) para crear la metilación del ADN y los perfiles genéticos de las muestras; también utilizamos secuenciación del ARN para detectar los cambios en la expresión génica en general, y los genes específicos asociados a la exposición a Cu», explica la investigadora Teresa Boquete. La metilación del ADN es un proceso por el que una etiqueta del grupo metilo se puede añadir o quitar de la molécula de ADN, lo que provoca cambios en la expresión génica sin alterar la secuencia básica de nucleótidos del ADN. Los patrones de la metilación del ADN son flexibles, dinámicos y susceptibles al estrés ambiental, lo que ofrece a las plantas un mecanismo que les podría permitir adaptarse con rapidez y eficacia a nuevas condiciones ambientales. «Nunca antes se ha estudiado la función de la metilación del ADN en la capacidad de los musgos terrestres para afrontar la contaminación por metales pesados», explica Boquete.
Beneficios para los cultivos y el medio ambiente
Por primera vez, los resultados mostraron la existencia de variabilidad intraespecífica en cuanto a la tolerancia a los metales pesados en el especialista de metales «S. cataractae». «Dichas diferencias se deben a los niveles de contaminación en sus entornos de origen y las plantas que crecen en suelos más contaminados mostraron mayor tolerancia —comenta Boquete—. También demostramos que en “C. Purpureus”, las plantas femeninas eran más tolerantes a los metales pesados que las masculinas». Estos hallazgos nos ayudaran a tener un visión más clara de problemas como la contaminación y la producción de cultivos en condiciones por debajo del nivel óptimo. «Por ejemplo, identificar los genes candidatos implicados en la acumulación y la tolerancia a los metales pesados puede usarse para diseñar plantas que ayuden a eliminar estos contaminantes del medio ambiente», señala Boquete. Por último, BRYOMICS servirá de base para proyectos más grandes en los cuales se podrá estudiar en profundidad la función ecológica y evolutiva de la epigenética en un rango más amplio de especies de briofitas.
Palabras clave
BRYOMICS, metales pesados, musgos, ADN, cobre (Cu), «Scopelophila cataractae», «Ceratodon purpureus», cadmio (Cd), epigenotipado por secuenciación (epiGBS), ARN
