El programa del Génoplante, que se apoya en una red de numerosos laboratorios implantados por toda Francia, se ha concentrado primero sobre la pequeña crucífera Arabidopsis y sobre el arroz, dos plantas modelo. Se extendió luego a otras cuatro especies estratégicas para el mercado francés, el maíz, el trigo, la colza y el girasol.
A principios de 1999, Francia se lanzó oficialmente en la genómica vegetal creando el Génoplante. Este programa de envergadura, que asocia investigación pública e investigación privada, tiene como objetivo identificar la información genética contenida en los cromosomas de las plantas. Se prevé que tenga una duración de cinco años y está dotado de un presupuesto de 220 millones de euros. Es el segundo programa más importante del mundo después de Estados Unidos y el primero en Europa.
Para Pierre Pagesse, presidente del grupo de cooperativas Limagrain, principal productora de semillas de Francia, el mayor reto de la selección de plantas es el conocimiento de su genoma.
Las empresas involucradas en el desarrollo de la genómica son Limagrain, Pau Semences –su socio en Biogemma–, Florimond Desprez y Semences de France, que crearon juntos Bioplante. Juntos, lograron sensibilizar a los poderes públicos franceses, así como a sus colegas de Rhône Poulenc (hoy Bayer) y nació el Génoplante. Del lado de la investigación pública participan el INRA, el CNRS, el Cirad y el IRD. El Estado financia con más del 65 por ciento y las empresas privadas con más del 30 por ciento.
Chips de ADN
Los seleccionadores pueden modificar bastante bien las características presentes en un solo gen, o en dos o tres genes, para controlar, por ejemplo, la resistencia del trigo a una enfermedad en concreto. Pero para abordar características más complejas como la maduración precoz o el potencial de rendimiento, su enfoque era hasta la fecha mucho más empírico: cruzaban entre ellas las variedades con el mayor potencial sin saber demasiado lo que ocurría en el momento del cruce. Observaban luego en el campo lo que resultaba de ello, pero sólo unos años más tarde, el tiempo necesario para obtener las semillas suficientes y poder medir el rendimiento.
En cambio, con la genómica se puede encauzar más su selección y obtener resultados más rápidamente. Michel Debrand, director general de Biogemma, subraya: “ya hemos logrado identificar 300 mil fragmentos de ADN que corresponden a una banda del 50 al 60 por ciento de los genes que se expresan en el maíz, el trigo, el arroz y el girasol. A partir de este trabajo, hemos podido producir chips de ácido desoxiribonucléico (ADN) para todas las especies que estudiamos”.
Un chip de ADN está constituido por pequeñas muestras de ADN fijadas de forma ordenada en un soporte, una placa de vidrio, por ejemplo. Cada fragmento proviene de uno de los genes del vegetal y permite detectar si el gen está expresado o no, ya que si lo está, el ácido ribonucleíco (ARN) mensajero correspondiente a este gen puede venir a fijarse de forma específica. Los chips de ADN se utilizan en programas aplicados, explica el director de Biogemma, y permiten reconocer los genes que reaccionan por ejemplo a una infestación o a un estrés.
El trabajo de genómica funcional, es decir el hecho de poder asociar una función a un gen, está asimismo en marcha. Hemos logrado, por ejemplo, “recortar” el conjunto del genoma del trigo en más de un millón de fragmentos de ADN que ampliamos gracias a unas bacterias para formar “clones BAC” (bacteria artificial cromosoma)”, añade Michel Debrand.
“Esta tecnología permite aislar los genes interesantes. Para el maíz, el genoma es más pequeño y puede dividirse por lo tanto en 100 mil fragmentos de ADN aproximadamente. Es un medio para separar entre los 25 mil genes del maíz el centenar de genes que por ejemplo reaccionan a una enfermedad o a otra.”
Tolerancia al estrés del maíz y resistencia a los insectos
Los investigadores del Génoplante han logrado ya identificar una decena de genes que determinan la tolerancia al estrés (frío y sequía) del maíz. Han identificado y localizado asimismo genes que controlan la digestibilidad del maíz y en particular su contenido de lignina. Tienen en su haber la detección bastante inesperada de un gen que induce un mecanismo de resistencia a los insectos depredadores y que puede funcionar en numerosas especies de grandes cultivos.
Están trabajando también en la resistencia al estrés hídrico de las plantas, en su resistencia a las enfermedades, en la calidad de los oleaginosos y de los cereales (en lo relativo a lípidos, almidón o proteínas), en el crecimiento de las semillas, el rendimiento, etc. En febrero de 2003, Génoplante había presentado 21 patentes.
A partir de estas secuencias de genes identificados, se han puesto a punto nuevos “marcadores moleculares”, que facilitan el trabajo de los seleccionadores para crear nuevas variedades. Un marcador molecular es una señal en el genoma que está asociada a una característica de la planta y que permite al seleccionador saber si, después de un cruce, esta característica está efectivamente presente en la planta, mucho antes de que se exprese cuando crece en el campo por ejemplo. Este programa requiere de un trabajo de larga duración, pero es sabido desde ahora que las primeras variedades procedentes de estas investigaciones deberían aparecer de aquí a siete u ocho años.
Contar genes
En el mundo, sólo los genomas de Arabidopsis (120 millones de parejas de bases) y de arroz (400 millones de pares de bases) se han secuenciado en su totalidad. El genoma del maíz contiene 3.5 mil millones de parejas de bases (una cifra comparable a la del genoma humano) y el del trigo, 14 mil millones… pero se ha observado que numerosos genes del arroz eran idénticos a los del trigo y de otros cereales.
Este fenómeno que los científicos llaman “sintenia” facilita su trabajo. Se ha observado también que una parte muy importante del genoma de las plantas estaba inactiva. En Francia, los investigadores del Génoplante se han centrado en la parte del genoma que se expresa y no en su conjunto. Génoplante va a llegar a su término a finales de 2003 y debe prorrogarse hasta 2010.
El genoma de los animales
Valiéndose de estos resultados en producciones vegetales, Francia decidió asimismo lanzar un ambicioso programa de análisis del genoma de los animales de crianza, el programa Agenae (Análisis del Genoma de Animales de Crianza) que empezó en 2002. Su objetivo es identificar y caracterizar el mayor número posible de genes que rigen las grandes funciones del organismo animal.
Para el INRA, estos trabajos deberían permitir controlar mejor la reproducción, la alimentación, la salud y el bienestar de los animales y por consiguiente mejorar la gestión de los rebaños, la calidad de los productos de origen animal y la rentabilidad de las crianzas.
Este programa reúne a organismos públicos de investigación (INRA y Cirad) y a organismos profesionales, en particular ApisGene que agrupa a los implicados en el sector bovino en Francia y el CIPA, el Comité Interprofesional de Productos de la Acuicultura. Se prevé que su duración será de cinco años, va a beneficiarse de un presupuesto de 50 millones de euros y debería involucrar de 120 a 150 investigadores en el INRA y el Cirad. Los científicos van a concentrarse en un primer tiempo en cuatro tipos de animales de crianza, bovino, porcino, aves de corral y peces.
Los genes responsables de la lactación de los rumiantes
Desde principios de los años noventa, la estación de Jouyen-Josas del INRA, especializada en la producción de leche, se interesó por la cartografía del genoma de los rumiantes y a partir de los años 96-97 intentó asociar funciones a los genes identificados.
Patrice Martin, investigador en la estación de Jouyen-Josas, anota que “gracias a las herramientas de la genómica pronto vamos a seguir el conjunto de los genes que se expresan en las células mamarias en las diferentes etapas de la vida del animal y sobre todo durante la gestación y la lactación. Esta información va a permitirnos entender el papel de las hormonas en la activación de los genes y conocer genes que están implicados en la síntesis, el transporte y la secreción de los constituyentes de la leche”.
Los investigadores franceses han hecho ya un primer inventario de los genes expresados en la glándula mamaria de la cabra durante la embriogenesis, la gestación y la lactación. Los identificaron y localizaron algunos en los cromosomas. El equipo de Jouyen-Josas trabajó principalmente sobre los genes de la caseína as1 y de la caseína k de la leche, dos proteínas cuyas propiedades coagulantes son esenciales en la fabricación del queso.
Las aplicaciones que se esperan de este tipo de investigación son muy numerosas, recalca Patrice Martin, y pueden, por ejemplo, referirse a la selección de animales para la calidad de la leche según diferentes criterios, el valor nutritivo, la aptitud para la transformación, la alergenicidad, etc.
Reducir el estrés de los cerdos destetados
Otro ejemplo de aplicación de las investigaciones en genómica animal es la salud inmunitaria del cerdo. “La respuesta inmunitaria de un animal frente al estrés implica numerosos genes”, explica Isabelle Oswald, del Centro de Investigación en Salud Animal del INRA en Toulouse, en el sur de Francia.
Por lo tanto, es interesante poder estudiar simultáneamente la expresión de los genes implicados. En el marco de Agenae, el equipo de Toulouse desarrolló un chip de ADN que permite visualizar la expresión de más de 100 genes del sistema inmunitario del lechón. Con esta herramienta, los investigadores pueden saber si un gen se está expresando o no cuando el animal está sometido a un estrés como el destete, por ejemplo.
Es posible que la reacción del sistema inmunitario del cerdo al destete pueda atenuarse cuando la cría consume ciertos alimentos y eso es lo que los investigadores pueden verificar con el chip de ADN. Si es el caso, se puede pensar que en el futuro las molestias provocadas en el cerdo por el destete podrán reducirse ingiriendo ciertos alimentos.
