La genética detrás de las coloridas flores de la digital

Digitalis purpurea, conocida comúnmente como dedalera, es una planta que puede crecer durante dos años. Forma parte de la familia Plantaginaceae y se encuentra principalmente en Europa, aunque también puede crecer en otras regiones. La dedalera se ha utilizado durante mucho tiempo por sus efectos beneficiosos en problemas cardíacos, como la fibrilación auricular y la insuficiencia cardíaca congestiva. Esta planta es rica en compuestos químicos llamados glucósidos cardíacos, siendo el principal la digoxina. Estos compuestos ayudan a que el corazón funcione mejor, mejorando su fuerza y efectividad.

Los científicos han estudiado la dedalera durante muchos años para aprender más sobre su composición química y cómo afecta a los humanos. También han investigado formas de cultivar más de esta planta y aumentar la producción de sus compuestos beneficiosos mediante técnicas de cultivo de tejidos. Una enzima importante involucrada en la producción de digoxina se llama citocromo P450 CYP87A4. Descubrir todos los genes que contribuyen a este proceso es crucial para avanzar en las técnicas de producción.

#Apariencia y Toxicidad

Además de sus usos medicinales, la dedalera es conocida por sus hermosas flores. La planta puede crecer hasta seis pies y produce llamativas flores de color púrpura o rosa que crecen en espigas altas. Diferentes especies de Digitalis pueden tener una amplia variedad de colores y formas de flores. Aunque la planta es atractiva, también es tóxica porque produce compuestos especializados, incluidos los cardenolidos. Aun así, la dedalera se cultiva comúnmente como planta ornamental. Los colores de las flores están influenciados por Antocianinas, que son el resultado de un proceso específico relacionado con la Biosíntesis de flavonoides. Este proceso comienza con un aminoácido llamado fenilalanina y pasa por rutas relacionadas para producir antocianinas.

#Color de la Flor y Factores Genéticos

La biosíntesis de flavonoides también conduce a otros compuestos incoloros y puede influir en la pigmentación de una planta. El proceso puede verse afectado por la actividad de diferentes ramas competidoras de la vía de biosíntesis. Cuando la biosíntesis de flavonoles está muy activa, puede limitar los materiales disponibles para producir antocianinas, que son responsables del color de la flor. Pequeñas variaciones en cómo funcionan las enzimas competidoras pueden afectar la mezcla final de flavonoides producidos. La expresión de los genes involucrados en las vías de biosíntesis juega un papel clave en el control del color de las flores.

Diferentes ramas de la biosíntesis de flavonoides están reguladas principalmente por proteínas llamadas Factores de Transcripción. Durante años, los investigadores han estudiado la regulación de la biosíntesis de flavonoides para entender cómo se controla la actividad genética en las plantas. Los genes responsables de la producción de antocianinas se activan mediante un complejo formado por tres tipos diferentes de proteínas. Varias combinaciones de estas proteínas pueden llevar a diferentes resultados en la pigmentación de las flores. Además, algunas proteínas pueden ayudar específicamente en el transporte de antocianinas a donde se almacenan en las células vegetales.

#Manchas en las Flores

Las flores de dedalera no tienen un color uniforme, sino que muestran manchas oscuras en sus pétalos inferiores. Este patrón también se encuentra en otras especies de plantas. Estas manchas pueden resultar de altos niveles de antocianinas acumulándose en esas áreas. Alrededor de las manchas puede haber regiones más claras donde los niveles de flavonoles son altos. La formación de estas manchas pigmentadas puede explicarse mediante un sistema donde un activador local trabaja junto a un represor lateral. Este sistema permite un control preciso de los patrones de color en los pétalos de las flores.

Investigaciones muestran que la distribución de antocianinas no solo atrae a los polinizadores, sino que también ayuda a aumentar las tasas de visita, haciendo que la reproducción de las plantas sea más exitosa.

#Secuenciación y Análisis del Genoma

Recientemente, los científicos secuenciaron el genoma de D. purpurea para entender mejor las vías metabólicas involucradas en la producción de compuestos beneficiosos. Recogieron semillas de plantas con flores rojas y blancas para analizar su composición genética. Las plantas se cultivaron en condiciones controladas para asegurar muestras de alta calidad para la extracción de ADN. Después de obtener el ADN, se utilizaron varios métodos para secuenciar los datos, lo que llevó a la construcción de un genoma detallado.

Los investigadores se propusieron encontrar diferencias entre los genes de las plantas rojas y blancas, enfocándose particularmente en aquellos involucrados en la producción de pigmento. Los datos de secuenciación revelaron la presencia de genes específicos responsables de la vía de biosíntesis de antocianinas.

#Genes de Interés

Estos genes codifican enzimas necesarias para producir antocianinas, los pigmentos responsables del color de las flores. El estudio se centró en identificar genes que estuvieran activos en los pétalos de las flores y determinar su función. También se examinaron los factores de transcripción que controlan la actividad de estos genes.

Algunos de los genes identificados son conocidos por regular la biosíntesis de antocianinas, mientras que otros mejoran el proceso. Cada uno de estos genes juega un papel esencial en la determinación del color de la flor. El análisis de la expresión génica mostró qué genes estaban activos en los pétalos y dónde se encontraban en el genoma.

#Investigando las Diferencias en la Pigmentación

Al comparar las plantas con flores rojas y blancas, los investigadores encontraron diferencias notables en las secuencias de los genes que podrían explicar la falta de pigmentación en las flores blancas. Un hallazgo significativo fue una gran inserción en el gen ANS en las plantas con flores blancas. Esta inserción probablemente conduce a una pérdida de función en el gen, impidiendo la producción de antocianinas, que son cruciales para el color rojo de las flores.

Otra diferencia significativa se encontró en el gen MYB5, que también desempeñó un papel en la pigmentación. Este gen presentó una eliminación en las plantas con flores blancas, indicando que podría afectar la capacidad de la flor para producir color.

#Conclusión

El estudio de la dedalera y su composición genética arroja luz sobre los complejos procesos involucrados en la producción del color de las flores. Entender los genes y las vías en juego no solo ayuda a explicar la impresionante belleza de estas plantas, sino que también subraya su importancia en la medicina. Al investigar las variaciones entre flores rojas y blancas, los investigadores pueden trabajar en mejores métodos de producción y obtener información sobre la genética de las plantas que puede aplicarse a otras especies también.

Los hallazgos sobre la biosíntesis de antocianinas y las diferencias en pigmentación proporcionan una base para futuras investigaciones sobre cómo las plantas se adaptan visual y funcionalmente a su entorno. Estudios futuros pueden ayudar a desarrollar nuevos cultivares florales y mejorar el valor ornamental de la dedalera, asegurando al mismo tiempo la seguridad respecto a su toxicidad.