El tomate, la patata, la berenjena o el amplio mundo de los ajíes o pimientos, pese a su gran variedad de aspectos, todos pertenecen a una misma familia de especies vegetales: las solanáceas. Esta familia no solo engloba especies con interés nutricional, también encontramos plantas con carácter ornamental, y medicinal incluyendo otras que son potencialmente venenosas para muchos organismos, acuñadas como “plantas mágicas” por contener alcaloides tóxicos y alucinógenos, usados antaño por brujas y curanderos. Tales plantas incluyen especies como la mandrágora, el estramonio, la belladona o el beleño. La amplitud de esta familia, en definitiva, aporta mucha riqueza a la diversidad y gracias a ella y a su distribución mundial, tenemos muchas de estas especies presentes en nuestro día a día, bien sea directa o indirectamente.
Especies comestibles de la familia Solanaceae
Además, cabe destacar que especies vegetales de interés como la Petunia (Petunia atkinsiana) o el Tabaco (género Nicotiana), son especies que dan un mejor entendimiento de la evolución de esta familia, permitiendo dilucidar en las bases de mecanismos a nivel celular, molecular y genético. Pese a ser organismos modelo, el origen de estas especies procede de un evento muy importante en el proceso de especiación, conocido como hibridación. La Petunia mayormente se comercia como especie ornamental (hibridación de P. integrifolia x P. axillaris), o la especie N. tabacum (N. sylvestris x N. tomentosiformis). Este último cultivar se caracteriza por tener una naturaleza anfidiploide, es decir, que posee las dos copias del genoma de sus ancestros, lo que le atribuye una duplicación de la carga genética (tetrapoidía).
Nicotiana tabacum
La tetraploidía es un ejemplo de poliploidía (más de dos copias en el set de cromosomas), proceso muy presente en el mundo de las angiospermas. Este proceso suele conllevar cierta inestabilidad desde el punto de vista genético, donde la mitosis y la meiosis conllevan una alta probabilidad de generar células aneuploides (sin cromosomas), y una desregulación en la expresión de genes (epigenética inestable).
Cariotipo de Nicotiana tabacum
Para poder observar estos eventos en el genoma, se empezó a hacer uso de la citogenética, donde se efectuaba un conteo de cromosomas por célula – entre otros parámetros- para poder confirmar con certeza la naturaleza de los posibles híbridos de estudio. Para ello se empezaron a hacer cariotipos, que es una representación en forma de fotografía de los cromosomas presentes en las células de los organismos de estudio.
Junto a los métodos tradicionales de taxonomía, estos hallazgos se han confirmado mediante el uso de tecnologías más avanzadas con enfoques que engloban la secuenciación del genoma. Si a los datos obtenidos, se les aplica extensos análisis, podemos no solo conocer sus parentales, sino intentar llegar de manera ambiciosa a los antecesores comunes, o a la localización geográfica donde pudo diferenciarse el grupo de estudio. Entre otras herramientas, se ha hecho uso del ADN cloroplástico, dato que ha sido cuello de botella para diferenciar la procedencia, y con ello poder desarrollar árboles filogenéticos hipotéticos que puedan explicar cómo hemos obtenido las especies que conocemos en la actualidad.
Una de las grandes ventajas de análisis del ADN cloroplástico es que su organización es sencilla, y con pocas zonas secuencias repetidas. La transferencia endosimbiótica de genes, es decir, el intercambio de genes entre los orgánulos celulares (mitocondrias y cloroplastos) y el núcleo de la célula, ha favorecido que gran parte de la información albergada en los cloroplastos, se haya mantenido en el núcleo, dejando sólo un centenar de genes en estos orgánulos. Estas secuencias se empezaron a usar como marcadores a finales del siglo XX, debido a que, al igual que la herencia mitocondrial, ambas son mayoritariamente de herencia materna en Angiospermas, excepto en unos 20 géneros en los que se ha demostrado que la herencia es biparental (Silene, Petunia híbrida, Patata, Geranio, etc.). Curiosamente, en Gimnospermas la herencia de ADN cloroplástico es mayoritariamente de herencia paterna, con bastantes más casos de herencia biparental que en Angiospermas.
Transferencia endosimbiótica de genes entre el cloroplasto y el núcleo
En el caso del género Nicotiana, gracias a estos estudios se ha podido estudiar con precisión, más allá de los métodos tradicionales de clasificación al elaborar los clados, el verdadero origen y su relación con las especies de este género. Los centros de origen, concepto acuñado por Nikolai Vavilov en 1992, describe las 8 áreas geográficas mundiales desde las cuales comenzaron a domesticarse estas especies vegetales por selección artificial. En varios artículos se reporta que este género se origina en los Andes (América del Sur) alrededor del año 3.000 a.C., y que más tarde con la llegada de los conquistadores españoles se propagó por el suroeste de Norte América, Europa, África, Australia y, finalmente por todo el mundo. El consumo de tabaco a nivel mundial ha ido in crescendo desde la revolución industrial, y desde principios del siglo XX, se empezó a vincular el consumo de tabaco con el cáncer de pulmón y vías aéreas superiores. La Organización Mundial de la Salud (OMS) definió al tabaco “como la principal causa en el mundo de muerte evitable”, siendo considerada la responsable de 5 millones de muertes al año, y 100 millones de muertes en todo el siglo XX.
Siguiendo esta línea, los problemas en salud humana generados por el consumo y adicción del alcaloide, que da nombre a su género (la nicotina), ha favorecido su continuo cultivo en diversas partes del mundo con el propósito de generar cultivares con una menor concentración de compuestos perjudiciales para la salud. Un ejemplo de ello, es la búsqueda de compuestos análogos o derivados de la nicotina, intentando satisfacer las necesidades del consumidor a la vez de cotejar si estas alternativas pueden reducir las tasas de mortalidad. Enfoques como los mencionados, han estado favoreciendo la evolución de las poblaciones de tabaco, así como su especiación y selección de nuevas variedades, a la vez que el uso de clones con el mismo acervo genético lleva a la pérdida de diversidad genética, y por tanto conduce a una irremediable pérdida de diversidad.
Estos intereses, en el ámbito científico, han sido uno de los principales motores para que el genoma de dos de las principales especies (N. benthamiana y N. tabacum) fueran secuenciadas entre los años 2012 y 2013-2014, respectivamente, permitiendo ser manipuladas de forma más eficiente como organismo modelo. Además, son usadas por sus amplias hojas, su facilidad para mostrar síntomas de estrés biótico o abiótico, la eficiencia de la transformación genética de sus hojas (tanto por biobalística como usando Agrobacterium), y también por su corto ciclo (< 3 meses), que permite hacer más ensayos en menor tiempo.
Sin duda Nicotiana es un género muy interesante de plantas, con muchas aplicaciones biomédicas y agrícolas, y hoy día gracias a los avances en su conocimiento básico, y más en estos tiempos de pandemia global por COVID-19, podemos incluso desarrollar medicamentos o vacunas como si fueran “fábricas biológicas”, tal como está haciendo la industria Inglesa ‘British American Tobaco (BAT)’ con su división de biotecnología ‘Kentucky BioProcessing (KBP)’. Quién sabe si, indirectamente gracias al tabaco, podemos pasar página de una de las épocas más oscuras de la era actual.
