Los diferentes organismos modelo. Capitulo 5: plantas

Ya en el 2017, en mi artículo “Descontaminación de suelos mediante el uso de plantas transgénicas” os hable de la importancia que puede tener la modificación genética en plantas, tanto para el ser humano como para el medio ambiente.  En dicho artículo mencionaba el uso de la especie Arabidopsis thaliana, como planta transgénica en la fitorremediación, la cual es capaz de acumular mercurio (Hg), una de las sustancias más tóxicas.

Aunque A. thaliana no sea de los organismos modelo más famoso entre la población (fuera del laboratorio es considerada una mala hierba) como tal vez si lo sean los ratoncitos blancos (Mus musculus) y las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), es una de las plantas mas estudiadas globalmente a nivel genético y fisiológico (Busoms, 2016).

La planta A. thaliana pertenece a la familia de las crucíferas (Brassicaceae), a la que pertenecen unas 4 mil especies (Poveda, 2018). Entre estas especies destacan algunas de interés agrícola como la col (Brassica oleracea) y el nabo (Brassica napus) (Valls, 2011). La especie protagonista de este artículo esta distribuida por todos los continentes (es cosmopolita), es una planta anual de pequeño tamaño, entre 10 y 30 cm (Povedad, 2018), presenta un ciclo de vida relativamente corto (unas 6 semanas) y es un organismo muy prolífico, siendo capaz de producir hasta 10000 semillas por individuo, las cuales son viables varios años. También es capaz de autofecundarse, es decir, es autógama (Busoms, 2016). Presenta 4 pétalos en las flores, las cuales son blancas, con forma de cruz (por esta razón pertenece a las crucíferas) (Poveda, 2018). Dichas flores son pequeñas y hermafroditas (órganos reproductores masculinos y femeninos). En cuanto al fruto, es una silicua de unos 4 cm de largo y 2 mm de ancho, pudiendo albergar hasta 30 semillas por silicua (Valls, 2011). Las semillas serán dispersadas por el viento, este tipo de dispersión es conocido como “dispersión anemócora”.

Arabidopsis
Representación gráfica de la planta Arabidopsis thaliana / Poveda, 2018.
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Silicuas y semillas de A. thaliana / Poveda, 2018.

Esta planta, a simple vista, no parece gran cosa y mucho menos que tenga algún interés para el ser humano. Esto puede deberse a que no destaca visualmente para ser una especie ornamental y sus órganos no son atractivos para su consumo. No obstante, como os he dicho al principio, es un organismo modelo de los mas importantes y estudiados en investigación sobre biología molecular, genética y fisiología vegetal (Poveda, 2018). Es cierto que su uso en el laboratorio ha sido bastante tardío, y consolidado en la década de los años 80 (Valls, 2011). Arabidopsis thaliana  consta de 7 características principales por las que ha sido elegida organismo modelo: su pequeño tamaño y fácil manejo, su corto tiempo de generación, su autopolinización y número de semillas producidas, su pequeño genoma y su número reducido de cromosomas (Poveda, 2018). Estas características permiten que cultivarla en invernaderos y cámaras de cultivo sea bastante sencillo. Además su pequeño genoma, secuenciado completamente en el año 2000, permite su manipulación por ingeniería genética de manera fácil y rápida en comparación con otras especies de plantas (Valls, 2011).

Con esta especie se investigan muchos procesos biológicos. A nivel genético, gracias a la creación de mutantes, se han logrado desarrollar grandes conocimientos en el mundo vegetal, como en los procesos de germinación y floración, crecimiento radicular, síntesis de la pared celular, entre otros (Poveda, 2018). Sin embargo, la investigación con A. thaliana  también es muy útil en ecología, es decir, interacciones con otras plantas al rededor de su medio ambiente. A nivel ecológico se estudian las respuestas de dicha planta a condiciones estresantes de tipo abiótico (como condiciones de salinidad, sequía, heladas, etc.) o bien cómo reacciona ante ataques de patógenos y plagas. Un ejemplo de este tipo de investigaciones, a nivel ecológico, es el estudio realizado por  Sílvia Busoms y su equipo (2015) en Cataluña. Estos científicos estudian la tolerancia que presentan las poblaciones costeras de A. thaliana ante la salinidad del medio ambiente en el que se encuentran.

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Para leer mi artículo: “Descontaminación de suelos mediante el uso de plantas transgénicas”.

REFERENCIAS

Busoms, S.; Teres, J.; Huang, X.; Bomblies, K.; Dnaku, J.; Douglas, A.; Weigel, D.; Poschenrieder, C.; Salt, D. E. (2015). Salinity is an agent of divergent selection driving local adaptation of Arabidopsis thaliana to coastal habitatsPlant Physiology 168 (3): 915-929. doi: 10.1104/pp.15.00427.

Busoms, S (2016). “Arabidopsis thaliana, no sólo una planta de laboratorio. Importancia de las poblaciones silvestres catalanas.” UABDivulga [online]. Disponible en: https://www.uab.cat/web/detalle-noticia/arabidopsis-thaliana-no-solo-una-planta-de-laboratorio-importancia-de-las-poblaciones-silvestres-catalanas-1345680342040.html?noticiaid=1345695163636 [Último acceso: 21 Feb 2020].

Poveda J. (2018).  “Arabidopsis thaliana: la “mala hierba” que alcanzó la cima de la ciencia vegetal”. [online]. Disponible en: https://naukas.com/2018/01/11/arabidopsis-thaliana-la-mala-hierba-que-alcanzo-la-cima-de-la-ciencia-vegetal/ [Último acceso: 21 Feb 2020].

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. [online] Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [Último acceso: 21 Feb 2020].

 

Los diferentes organismos modelo. Capítulo 1: Introducción

Organismos modelo.
Collage de algunos organismos modelos. Imagen A: virus bacteriófago Fago T4 / Gónzales, C.; Imagen B: Echerichia coli / Geralt. 2013; Imagen C: Observación en fresco (levaduras vivas) por microscopía óptica por contraste Nomarsky de una cepa de Saccharomyces cerevisiae / Dr. A.V. Carrascosa. Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación CIAL (CSIC-UAM). Imagen D: Arabidopsis thaliana / Universidad de Iowa. Departamento de biología. E. Jefferson St.; Imagen E: imagen de microscopía electrónica del nematodo Caenorhabditis elegans /Juergen Berger, Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen, Alemania Imagen F: Drosophila melanogaster / AlexWild. Stock de laboratorio en la Universidad de California, San Diego.; Imagen G: Danio rerio / ESD. 2002.; Imagen H: Mus musculus / Greenaway, F.; Collage por Gómez, M. 2018.

La Teoría del Ancestro Común está basada en una teoría del naturalista Charles Darwin. Esta teoría explica cómo cambian las especies a partir de un antepasado común, adaptándose a las condiciones del medio ambiente (Alzabe, 2015). Durante la evolución, las propiedades fundamentales que componen a un ser vivo se han mantenido inalteradas. No obstante, la evolución ha dado lugar a una amplia diversidad de seres vivos. Dado que hay una gran diversidad pero que existen similitudes entre las diferentes especies, se han utilizado organismos modelos para estudiar diferentes aspectos de la biología celular y molecular.

Árbol filogenético de la vida
Árbol filogenético de la vida / Roll, R. 2007

La clasificación de los seres vivos se divide en tres reinos: Archea, Bacteria y Eukarya. Los dos primeros son organismos procariotas, mientras que Eukarya corresponde a los organismos eucariotas. El árbol filogenético demuestra que todos los seres vivos tenemos un grupo de ancestros en común. En las etapas más tempranas del desarrollo de la vida en nuestro planeta, tuvo lugar un mayor intercambio de material genético entre los primeros organismos que surgieron, constituyendo las bases de las futuras especies (Neyoy, 2014).

Gracias a los organismos modelo, la comunidad científica ha podido recopilar gran cantidad de información, ya que proporcionan datos valiosos para el análisis del desarrollo humano, regulación génica, enfermedades y procesos evolutivos. Sin embargo, las investigaciones centradas en estos organismos plantean cuestiones científicas y filosóficas. Estos seres vivos seleccionados representan una ínfima fracción de la biodiversidad que encontramos en el planeta. Por tanto, se debe asumir que la información recopilada de estos organismos se puede extrapolar al resto de organismos considerando un origen común (Valls, 2011).

A la hora de seleccionar los organismos modelo con los que se realizaran los diferentes experimentos de un estudio científico, se deben tener en cuenta varias características que aportan ventajas a los investigadores. Las tres principales características que un organismo debe presentar para ser útil en un laboratorio son su abundancia, su facilidad para criar o cultivar y su facilidad de manipulación en el laboratorio; así como otras características distintivas como embriones de gran tamaño, un linaje celular fijo, transparencia, etc (Valls, 2011).

Como ya he dicho, debido a la diversidad de complejidad entre los seres vivos de los diferentes reinos hubo la necesidad de establecer un abanico de organismos modelo para hacer posible el estudio de una amplia gama de características biológicas (Da Silva, 2017). Entre ellos destacan:

  • En los virus se utilizan virus bacteriófagos como el Fago T4.
  • En los procariotas destaca la bacteria Escherichia coli.
  • En los eucariotas encontramos varios organismos modelos como:
  • Levaduras: Saccharomyces cerevisiae.
  • Plantas: Arabidopsis thaliana.
  • Nematodos: Caenorhabditis elegans.
  • Insectos: Drosophila melanogaster.
  • Peces: Danio rerio.
  • Mamíferos:Mus musculus.

En esta serie de artículos os iré hablando concretamente de estos organismos modelo. Si conocéis algún otro que no esté en esta lista, y queréis que os dé información sobre él, escribidlo en los comentarios.

Para leer el siguiente capítulo: capítulo 2.

REFERENCIAS

Alzabe, R. (2015). “La idea de un ancestro común”. BIODIVERSIDAD. Disponible en:http://biodiversidadorigen.blogspot.com.es/2015/08/la-idea-del-ancestro-comun.html [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Da Silva, I. (2017). “Organismos Modelo”. Knoow.net. Disponible en: http://knoow.net/ciencterravida/biologia/organismos-modelo/ [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Neyoy, C. (2014). “Organismos modelos en biología”. Apuntes de biología molecular. Disponible en: http://apuntesbiologiamol.blogspot.com.es/2014/03/organismos-modelo-en-biologia.html [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [último acceso: 15 Ene. 2018]