4.6—La biología de las plantas se entiende mejor de lo que Smith presenta


El éxito del mejoramiento de las plantas depende de un buen entendimiento de la respuesta de un organismo entero a la modificación genética.

Vease alegatos falsos de La Ruleta Genética al final de la página.

Análisis de la comunidad experta científica

Las plantas se adaptan por medio de la evolución a tolerar un trastorno considerable de su estructura cromosmática. Pero al leer esta sección en el libro de Smith, uno nunca llega a conocer este concepto. Es más, Smith incorrectamente relaciona la forma en que se organizan los genes en el cromosoma de la planta con la forma en que los genes participan en los circuitos regulatorios de la planta, lo que demuestra una evaluación del riesgo bastante irreal.   

Para entender que tan irreal es la evaluación de riesgo que presenta Smith, hay que reconocer que los genes no tienen que colocarse en el cromosoma en un patrón que mapea la organización de la red. Debido a que los genes y las redes regulatorias de las plantas son distintas, los genes cercanamente coordinados pueden mantenerse muy separados en los cromosomas y aun así, trabajar con eficiencia de una manera conjunta. En muchos cultivos (maíz, por ejemplo), la mayoría del ADN no contiene genes. La inserción de un nuevo ADN en un cromosoma no afectará la red regulatoria de la planta. Esta sección de La Ruleta Genética tampoco menciona la investigación actual de la biotecnológica-agrícola que se enfoca en identificar y explotar complicadas redes regulatorias biológicas para el mejoramiento de cultivos, tales como el maíz tolerante a la sequía, una realidad que contradice a Smith quien presenta a los biotécnologos expertos en fitomejoramiento como seres ignorantes que no conocen los conceptos innovadores de la operación de circuitos reguladores complejos.

1. Un mejor desempeño de los cultivos agrícolas exige un entendimiento profundo de cómo las plantas se comportan en los sistemas de cultivo.

La preparación académica de los biólogos que investigan y desarrollan los cultivos agrícolas involucra una amplia formación de cómo las plantas se comportan en el vivero y en el campo. La investigación actual sobre el mejoramiento de cultivos involucra la disección de las respuestas de la planta a distintos tipos de estrés, tales como la falta de agua, disponibilidad restringida de nitrógeno o las altas temperaturas.

Los “gene-chips”, por ejemplo, ahora se utilizan para seguir las respuestas de grupos completos de genes dentro de la planta a los trastornos ambientales y revelan todos los cambios que ocurren dentro de la planta que forman parte de la respuesta completa biológica al estrés. Los biotecnólogos de plantas modernos no solo conocen estas interacciones complicadas entre los genes y los  circuitos regulatorios de la célula, si no que activamente las disecan y las utilizan para desarrollar cultivos que tienen un uso más eficiente del agua.  (Mentzen y Wurtele 2008; Oh et al. 2005; Pellegrineschi et al. 2004; Umezawa et al. 2006; Yamaguchi-Shinozaki y Shinozaki 2006). Los biotecnólogos agrícolas no olvidarían los trastornos  al comportamiento de las plantas por las inserciones transgénicas ya que el hecho de reconocerlos correctamente determina el éxito o el fallo de las nuevas variedades de cultivos en el campo. La Ruleta Genética no presenta información sobre la investigación científica en esta área.

2. Las plantas tienen genomas resistentes que han sobrevivido por millones de años mientras se han bombardeado constantemente con trastornos aleatorios.

Jeffrey Smith alega que “una inserción aleatoria con sus mutaciones y deleciones asociadas podría ser caótico para la red de genes finamente entonados y coordinados.” Smith no menciona que la característica distintiva de las plantas que florecen, es cómo pueden tolerar cambios radicales y extensos a sus cromosomas (Dooner y Weil 2007, Kidwell y Lisch 2002, Leitch y Leitch 2008, Comunicado de prensa. Universidad de Rutgers, 4 de octubre, 2006).  A diferencia de los animales, el hecho de agregar dos grupos completos de cromosomas de distintas especies a las plantas, suele resultar en una nueva especie – por ejemplo – trigo de cereal – un organismo híbrido fértil y exitoso a pesar del estrés genético radical que genera. (Kashkush et al. 2002; Kashkush et al. 2003). Durante dichos eventos de hibridización y después de otros trastornos genéticos  que sufren las  plantas, tales como daño a los cromosomas causado por radiación, ocurren reordenamientos extensos al ADN de la planta (Gorbunova y Levy 1999; Shirley et al. 1992). Para las  plantas, dichos cambios radicales son simplemente algo normal de la vida cotidiana.

3. Muchos cambios genéticos no tienen ningún efecto sobre el comportamiento de la planta. La experiencia práctica de los genetistas de plantas revela que la mayoría de las inserciones de ADN nuevo en los cromosomas de la planta afectan en pequeña escala a los demás genes (Bouché y Bouchez 2001). Después de reconocer que puede haber interacciones complicadas entre genes y que la inserción de ADN podría influenciar las redes regulatorias involucradas en muchos genes, se debe recordar que los genes se descubrieron originalmente debido a que el trastorno de un gen causa cambios limitados al organismo, tales como cambios en el color de los ojos. Además, muchas partes del genoma de la planta no parecen tener genes. En el maíz, por ejemplo, los genes solo comprenden el 20% del ADN total genómico (San Miguel et al. 1996). Los científicos expertos en plantas no asumen que los genes son unidades aisladas que no interactúan con otros genes (tal como Smith incorrectamente implica). Pero saben, por experiencia práctica, que muchos cambios genéticos a los cromosomas, solo influyen en un rasgo en particular y dichos cambios no necesariamente ejercen demasiada influencia sobre la planta.

4. La manera en el cual se colocan los genes en los cromosomas no es un mapa de los circuitos regulatorios de la planta. Jeffrey Smith afirma que cuando se inserta un transgen, el orden de los genes sufre un trastorno y se interrumpen las redes reguladoras que rigen la sobreviviencia de las plantas. Sin embargo, los genes no son una especie de fotografía estática de cómo las células y el organismo funcionan. Los genes son mas como las paginas del recetario, que ya el pastel terminado. De la misma manera que uno aun puede cocinar un plato sabroso aunque no siga la receta exacta de dicho plato, se puede cambiar el orden de los genes sin cambiar las redes regulatorias de la planta.

5. Los biólogos especializados en plantas han sabido por mucho tiempo los clúster de genes pueden hacer tareas similares.

Smith cita un artículo por Lawrence Hurst (Hurst et al. 2004) para argumentar que hasta hace poco se ha reconocido que los clúster de genes se asocian a funciones similares en los cromosomas y que los biotecnólogos ignoran este concepto.  Smith utiliza esta cita fuera de contexto con una representación de una opinión científica que es simplista y distorsionada. Según Hurst, los biólogos asumen que los genes siempre están organizados aleatoriamente en los cromosomas, lo que es una exageración retórica deliberada (Hurst utiliza el término “hombre de paja”). En la realidad, los biólogos no mantienen una opinión simplista, tal como los caracteriza Smith en su libro.

Referencias

Bouché N and Bouchez D (2001) Arabidopsis gene knockout: phenotypes wanted. Curr Opin Plant Biol. 2001 Apr;4(2):111-117.  Un resumen de múltiples inserciones muestra que la mayoría de inserciones de ADN no cambian el fenotipo de la planta.

Dooner HK and Weil CF (2007). Give-and-take: interactions between DNA transposons and their host plant genomes. Current Opinion in Genetics & Development 2007, 17:486–492. La interacción de cromosomas y los elementos de ADN móvil (transposons) reordena genes, reordena secuencias regulatorias, moviliza genes a otros lugares y agrega genes nuevos a la planta.

Gorbunova V and Levy AA (1999). How plants make ends meet: DNA double-strand break repair. Trends in Plant Science 4(7):263-269. Las plantas tienen mecanismos que tienden a tener errores y une partes de cromosomas rotos. Estos mecanismos de reparación  reordenan (scramble) el ADN en el lugar en el punto en que los cromosomas se unieron durante su reparación. La radiación es una causa común de cromosomas rotos y desencadena estos procesos que reordena el ADN de la planta y causa mutaciones.

Hurst LD, Pál C and Lercher MJ (2004). The evolutionary dynamics of eukaryotic gene order. Nature

Reviews Genetics 5:299-310. Often neighbouring genes to similar things. Jiang N, Bao Z, Zhang X, Eddy SR and Wessler SR (2004). Pack-MULE transposable elements mediate gene evolution in plants. Nature 431, 569-573. Mobile DNAs in rice carry fragments of more than 1000 cellular genes.

Kashkush K, Feldman M, and Levy AA (2002). Gene loss, silencing and activation in a newly synthesised a wheat allotetraploid. Genetics 160:1651-1659. The history of safe use of genetics, with more information on the unexpected genetic changes that occurred during crop evolution. The reenactment of the evolution of wheat to shows that when the two component grasses cross hybridised, many genes were silenced, activated, and some were lost.

Kashkush K and Feldman M, and Levy AA (2003).Transcriptional activation of retrotransposons alters the expression of adjacent genes in the wheat. Nature Genetics 33:102-106. Documentation of unexpected genetic changes that occur with conventional plant breeding. Following cross hybridisation between different grasses, both activation and silencing of genes takes place.

Kidwell MG and Lisch DR (2002). Transposable elements as sources of genomic variation. Chapter 5 in NL Craig et al.. Mobile DNA II. ASM Press.

Lai J Li Y and Messing J, Dooner HK (2005). Gene movement by Helitron transposons contributes to the haplotype variability of maize. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 102(25):9068-73. Active shuffling of DNA in corn is catalysed by numerous parasitic DNAs.

Lisch D (2005). Pack-MULEs: theft on a massive scale. Bioessays 27:353-355. In rice thousands of genes in portions of genes have been duplicated, transposed and rearranged by the activities of a family of mobile DNA that is called MULE.

Leitch AR and Leitch IJ (2008). Genome plasticity and the diversity of polyploid plants. Science 320:481-483 The success of flowering plant is partly attributable to their highly plastic genomes which can withstand large scale changes in structure over just a few generations.

Mentzen WI and Wurtele ES (2008). Regulon organization of Arabidopsis. BMC Plant Biol. 30;8:99. Gene chips are used to find the regulatory groupings in the mustard cress plant.http://www.biomedcentral.com/content/pdf/1471-2229-8-99.pdf . Consultado el 26 de diciembre, 2008. Se utilizan los chips genéticos para seguir el agrupamiento de genes que están conjuntamente activos. Los genes vecinos suelen activarse en conjunto.

Oh SJ, Song SI, Kim YS, Jang HJ, Kim SY, Kim M, Kim YK, Nahm BH and Kim JK (2005). Arabidopsis CBF3/DREB1A and ABF3 in transgenic rice increased tolerance to abiotic stress without stunting growth. Plant Physiol 138:341-351

Pellegrineschi A, Reynolds M, Pacheco M, Brito RM, Almeraya R, Yamaguchi-Shinozaki K y Hoisington D (2004). Stress-induced expression in wheat of the Arabidopsis thaliana DREB1A gene delays water stress symptoms under greenhouse conditions. Genome 47:493-500. Rutgers University Press Release (4th Oct 2006). Genome archaeology illuminates the genetic engineering debate. www.eurekalert.org/pub_releases/2006-10/rtsugai100306,consultado el 20 de diciembre, 2008. Summarising Bruggmann et al. Genome Research 16:1241-1251. The maize genome is “replete with reconfiguration and reshuffling, reminiscent of working with Lego blocks”.

SanMiguel P, Tikhonov A, Jin YK, Motchoulskaia N, Zakharov D, Melake-Berhan A, Springer PS, Edwards KJ, Lee M, Avramova Z and Bennetzen JL (1996). Nested retrotransposons in the intergenic regions of the maize genome. Science 274(5288):765 – 768.

Shirley BW, Hanley S and Goodman HM (1992). Effects of ionizing radiation on a plant genome:analysis of two Arabidopsis transparent testa mutations. The Plant Cell 4, 333-347. Demonstration that mutations induced by radiation contain radically scrambled DNA.

Umezawa T, Fujita M, Fujita Y, Yamaguchi-Shinozaki K and Shinozaki K (2006). Engineering drought tolerance in plants: discovering and tailoring genes to unlock the future. Curr Opin Biotechnol. 17(2):113-22. Recent studies have increased our understanding of the regulatory networks controlling the drought stress response and have led to practical approaches for engineering drought tolerance in plants.

Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K (2006). Transcriptional regulatory networks in cellular responses and tolerance to dehydration and cold stresses. Annu Rev Plant Biol. 57:781-803. “Recent progress has been made in analyzing the complex cascades of gene expression in drought and cold stress responses, especially in identifying specificity and cross talk in stress signaling. In this review article, we highlight transcriptional regulation of gene expression in response to drought.”

La Ruleta Genética falsamente alega:

El clima, el estrés ambiental y la disposición genetica pueden significativamente cambiar la expresión del gene.

1. El proceso de transformación GM puede trastornar la red génica que trabaja en conjunto.

2. Los transgenes sintéticos podrían actuar distinto a los naturales.

3. Los múltiples transgenes podrían interactuar de maneras impredecibles.

4. La ingeniería genética podría trastornar una segunda tarjeta recientemente descubierta en el ADN.

La Ruleta Genética  presenta la manera compleja en el que los genes interactúan con el organismo y menciona nuevos hallazgos sobre  como los genes interactúan entre sí en las redes regulatorias dentro de la planta. Después de mencionar estos descubrimientos – que son parte del la historia establecida de la biología moderna  – luego afirma que los biotecnólogos de las plantas son ignorantes de estos desarrollos.

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