Biografía de una planta modelo ‘Arabidopsis thaliana’

Arabidopsis thaliana (L.) Heynh es una sencilla planta angiosperma, vascular y dicotiledónea, que pertenece a la familia de las Brasicáceas. A pesar de ser nativa de Eurasia y del norte de África, actualmente está presente en diferentes regiones del hemisferio norte. Aunque está emparentada con otras plantas con cierta importancia, como serian, por ejemplo, las coles o la planta de la mostaza, A. thaliana es una planta de campo que no destaca en nada a primera vista. Es pequeña, las hojas se encuentran en disposición de roseta a la base y cuenta con un tallo alargado y simple, además, no tiene flores llamativas de colores vivos o con un tamaño voluptuoso, ni frutos que se puedan aprovechar. Se considera una mala hierba que crece donde puede con poco impacto en los ecosistemas. En cuanto a su uso, no tiene ningún interés económico para los humanos, ni en agricultura ni como planta ornamental.

A la izquierda, detalle de la roseta basal de Arabidopsis thaliana, a la derecha, planta entera. / Pere Barnola, www.floracatalana.net

Sí, no es una gran presentación, pero ¿por qué le dedicamos un artículo? Pues porque el papel de A. thaliana estaba destinado a destacar en otros ámbitos, ya que se trata de la planta más importante en el mundo de la investigación en biología vegetal, siendo el modelo de referencia para toda clase de investigaciones. Un organismo modelo sirve para entender cómo funcionan los seres vivos, por tanto, cualquier organismo podría servir, pero tan solo se eligen aquellos que por ciertas características facilitan el trabajo investigador.

¿Y qué hace que la A. thaliana finalmente haya podido convertirse en una planta modelo? Una serie de ventajas y todo lo que permiten son el secreto. Así pues, todas las investigaciones se pueden realizar bajo este modelo, del cual se conoce al milímetro su funcionamiento fisiológico, ya sea para investigar rutas metabólicas o la acción, funcionamiento o transformación de ciertos genes. Después se trasladarán los resultados obtenidos a aquellos organismos en los cuales se quiere aplicar o comprobar el resultado.

El salto a la fama

La A. thaliana fue descubierta en el siglo XVI por el alemán Johames Thal en las montañas Harz, y la nombró Pilosella siliquosa. Como suele pasar en taxonomía, tiempo después la planta se cambió al nombre actual, a modo de homenaje a su descubridor. La verdad es que esta especie pasó desapercibida hasta el 1943, cuando Friederich Laibach se fijó en ella como objeto de estudio, llegando a obtener sus cinco cromosomas. Además, defendió que en ella se escondía un gran potencial en cuanto al estudio de mutantes, cosa que no fue muy apoyada por sus colegas de la época, porque los cromosomas eran demasiado pequeños para poder observarse en el microscopio.

Plantas de Arabidopsis thaliana en observación dentro de la cámara de crecimiento de la Unidad de Vuelo de Hábitat Avanzado de Plantas (APH) No. 1 de la NASA, antes de la cosecha de la mitad de las plantas / Foto original de la NASA. Digitalizada por Rawpixel Ltd

Sin embargo, este fue el primer paso para considerarla una posible candidata a organismo modelo. En las décadas posteriores, se celebraron simposios con A. thaliana de protagonista principal, organizados por grupos de investigación defensores de su importancia, pero como muchas veces el camino no es fácil, estas reuniones no tuvieron demasiada trascendencia. Para ver ya algunos cambios en este sentido debemos viajar a los años 80, cuando empieza a tener popularidad entre los laboratorios de biología vegetal. Es cierto que en aquella época había otros candidatos destinados a ser organismos modelo, a causa de su mayor influencia en la agricultura, como por ejemplo el maíz o la planta del tabaco, pero finalmente nuestra protagonista fue la que conseguiría establecerse como organismo modelo, gracias a, como hemos dicho, ciertas ventajas que la hacían más atractiva que otros organismos.

Las cualidades de A. thaliana

¿Y cuáles eran estos aspectos que la hacían tan atractiva para los investigadores? Empecemos por la funcionalidad, se trata de una planta muy pequeña, lo que da facilidades para poder ser criada en el laboratorio sin ocupar mucho espacio, además, es sencilla de germinar sobre las placas Petri. Por otro lado, tiene ciclos vitales cortos, de aproximadamente un año, que en el laboratorio se pueden acortar todavía más hasta las seis semanas, por lo tanto, se pueden obtener muchas generaciones en poco tiempo. ¿Más ventajas? Su capacidad de autofecundación, lo cual ayuda en los estudios de genes recesivos. Finalmente, también puede producir una gran cantidad de semillas. En resumen, ciclos de vida cortos, que pueden generar miles de individuos y que ocupan poco lugar en laboratorios, ¿qué más se puede pedir?

Germinación de A. thaliana / INRA, Jean Weber 

Pues aún podemos pedirle más a este organismo, puesto que una de sus características más importante se encuentra en su interior, en los genes. Por un lado, su genoma es de los más pequeños que existen en el mundo vegetal, con tan solo unos 135 millones de pares de bases en cinco cromosomas. Por otro lado, este está compuesto de un 85 % de genes codificantes, algo no muy común, y este hecho es una ventaja importante a la hora de identificar y ubicar genes entre el DNA, puesto que no hay que hurgar entre tanto de material genético irrelevante. Pero, lo que fue más decisivo para escoger Arabidopsis thaliana como una candidata ideal, es la facilidad que tiene para poder transformar sus genes o añadir nuevos, mediante transferencias de DNA utilizando plásmidos con la ayuda de la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Gracias a esto se podían generar mutantes y detectar la función de un gran número de genes. Para expresarlo de forma breve, los pocos genes y la facilidad para modificarlos fueron un punto clave para llevar a A. thaliana a la fama.

Para concluir, hay que añadir que en 2000 se obtuvo la secuencia completa de su genoma, gracias a un proyecto de investigación denominado AGI (Arabidopsis Genome Initiative) que agrupaba diferentes grupos de investigación en todo el mundo. Así llego a ser la primera planta y el tercer organismo pluricelular en secuenciarse su genoma (los primeros fueron Caenorhabditis elegans y Drosophila melanogaster). Actualmente aún continúan los estudios con ella, y juega un papel importante en la investigación de patógenos, rutas metabólicas, compuestos bioquímicos o en la investigación del funcionamiento de nuevos genes para cultivos más eficientes, todo para poder conocer mejor las plantas. Así que a esta modelo todavía le queda mucho camino por recorrer en el mundo de la biología vegetal.