Las Montañas Blancas en el este de California albergan algunos de los árboles vivos más antiguos del mundo. Según los datos de los anillos de los árboles, una gran cuenca pino longevo conocido como Matusalén El origen de este árbol se remonta a casi 5,000 años, y cuando este pequeño retoño de pino emergió del suelo, los mamuts todavía vagaban por la Tierra, el monumento histórico Stonehenge estaba en plena construcción y el papel para escribir acababa de inventarse en el Antiguo Egipto. Matusalén ha resistido tormentas, soportado fluctuaciones de temperatura y sobrevivido a períodos de sequía durante su larga vida y, como dice el dicho, con la edad llega la sabiduría. Esta “sabiduría” acumulada se almacena a nivel celular en forma de modificaciones epigenéticas inducidas por la exposición al estrés ambiental. Como organismos sésiles y de larga vida, los árboles han desarrollado sofisticados mecanismos de adaptación a condiciones ambientales en constante cambio, y la memoria epigenética puede permitirles responder a eventos de estrés recurrentes con mayor rapidez. Dado que algunas variaciones epigenéticas son hereditarias, incluso pueden transmitir este “conocimiento” a las generaciones siguientes, lo que genera esperanzas de que los mecanismos epigenéticos puedan ayudar a los árboles a adaptarse al cambio climático de manera más eficiente de lo que permitiría la adaptación genética. Los estudios correlacionales indican un papel de la epigenética en la plasticidad fenotípica, pero la evidencia que vincula inequívocamente la distribución de las marcas epigenéticas con la expresión genética y los fenotipos es escasa.

Una modificación epigenética común es la metilación del ADN de los residuos de citosina, que puede ocurrir en diferentes contextos: CG, CHG y CHH, donde H es A, T o C. Los contextos de metilación del ADN que no son CG son típicos de las plantas, pero muy raros en otros organismos. El análisis de la metilación del ADN se ha realizado principalmente en la especie modelo Arabidopsis y solo unos pocos estudios han abordado este proceso en especies arbóreas de larga vida. El equipo dirigido por Peña-Ponton ha proporcionado Un conocimiento sin precedentes sobre las variaciones de la metilación del ADN en los árboles en respuesta a factores estresantes ambientalesLos autores analizaron álamos lombardos propagados clonalmente de varios países europeos expuestos a diferentes condiciones de estrés abiótico y biótico durante 20 días en condiciones experimentales y luego analizaron sus perfiles de metilación del ADN. Los álamos lombardos se derivan de un único linaje clonal que probablemente se originó en el siglo XVII en Italia y ahora se cultiva en todo el mundo. Como es una planta propagada clonalmente, los autores pudieron minimizar el efecto de la variación genética y maximizar el efecto de las diferencias epigenéticas en la plasticidad fenotípica.

Los autores demostraron que los cambios de metilación en todo el genoma, especialmente en los contextos CG y CHG, podrían explicarse por el origen de los árboles en lugar del estrés a corto plazo inducido experimentalmente, y estos cambios reflejan así cómo la historia de crecimiento de los árboles ha dado forma a su paisaje de metilación del ADN. También se demostró que estas regiones metiladas diferencialmente eran agnósticas al estrés en su mayor parte y respondían a múltiples factores estresantes, lo que se relaciona con el hecho de que diferentes tipos de estrés comparten componentes generales de respuesta a nivel fisiológico. Sin embargo, la respuesta de metilación del ADN también mostró cierta especificidad, siendo el tratamiento de sequía el que tuvo el efecto epigenético específico del estrés más fuerte e indujo hipermetilación en el contexto CHH, principalmente en regiones que flanquean genes, particularmente en los llamados elementos transponibles o transposones. Los transposones son elementos genéticos que pueden crear copias de sí mismos y moverse entre regiones genómicas, lo que les dio el apodo de "genes saltarines". El estrés ambiental puede activar la actividad de los transposones, y ciertas familias de transposones se insertan preferentemente cerca de genes que responden al estrés. La metilación del ADN en estas regiones puede silenciar su movilización y mantener a raya sus efectos disruptivos sobre el genoma. Los resultados de Peña-Ponton y sus colegas revelan la hipermetilación de superfamilias de transposones enteras en respuesta al estrés, especialmente la sequía, y basándose en datos de enriquecimiento de ontología génica, los autores especulan que este silenciamiento de transposones mediado por metilación puede tener efectos reguladores sobre genes cercanos que responden a la sequía.

Estamos apenas comenzando a comprender las consecuencias funcionales de la metilación del ADN en respuesta al cambio ambiental, pero se necesita urgentemente un conocimiento más profundo para determinar si la “sabiduría” epigenética que poseen árboles como Matusalén puede ser realmente útil para la adaptación al cambio climático. Sin embargo, los estudios a gran escala como el presentado por Peña-Ponton et al. son, lamentablemente, poco frecuentes. Los autores utilizaron la secuenciación de bisulfito de todo el genoma, que se considera el estándar de oro para el perfilado del metiloma, ya que proporciona datos de alta resolución, pero también tiene ciertos inconvenientes, como los altos costos de secuenciación y la producción de grandes cantidades de datos que requieren grandes capacidades de computación y almacenamiento. En otro estudio de JXB, Isabelle Lesur y sus colegas ofrecen un enfoque alternativo para abordar estas deficiencias.Los autores han desarrollado y validado una técnica que identifica y se centra en regiones de metilación de ADN altamente variable, que puede ser más adecuada para estudios epigenéticos a escala poblacional tanto en plantas como en animales. Los lectores interesados ​​pueden encontrar el flujo de trabajo detallado y los datos correspondientes en su reciente artículo sobre innovación técnica en el Journal of Experimental Botany.

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Peña-Ponton, C., Diez-Rodriguez, B., Perez-Bello, P., Becker, C., McIntyre, LM, van der Putten, WH, De Paoli, E., Heer, K., Opgenoorth, L. y Verhoeven, KJ, 2024. El análisis de metilomas de alta resolución descubre puntos críticos genómicos sensibles al estrés y superfamilias de TE sensibles a la sequía en el álamo lombardo clonal. Diario de botánica experimental, https://doi.org/10.1093/jxb/erae262.

Mareike Jezek

El Dr. Jezek es editor asistente del Journal of Experimental Botany, una de las revistas oficiales del Sociedad de Biología Experimental.

Imagen presentada por Alun Salt