Investigadores del Instituto Salk mapean cada tipo celular y estado de desarrollo a lo largo de todo el ciclo de vida de la planta modelo Arabidopsis. Este nuevo «Atlas» es un recurso abierto, publicado en Nature Plants, que mapea la expresión génica de más de 400 000 células a lo largo de 10 etapas del desarrollo.
Salk Institute / 19 de agosto, 2025.- Casi todo lo que sabes sobre las plantas se descubrió en una planta de la que probablemente nunca hayas oído hablar. Arabidopsis thaliana, también conocida como «berro de thale», es una pequeña maleza con flores que ha dado forma a gran parte de la biología vegetal tal como la conocemos. Siendo la especie vegetal representativa en la mayoría de las investigaciones sobre plantas durante el último medio siglo, Arabidopsis nos ha enseñado cómo responden las plantas a la luz, qué hormonas controlan su comportamiento y por qué algunas plantas desarrollan raíces largas y profundas mientras que otras las desarrollan superficiales y anchas. Sin embargo, a pesar de su prestigio entre los fitobiólogos de todo el mundo, muchos elementos del ciclo de vida de Arabidopsis han permanecido en el misterio.
Investigadores del Instituto Salk han establecido el primer atlas genético que abarca todo el ciclo de vida de Arabidopsis. El nuevo atlas, creado mediante transcriptómica unicelular y espacial detallada, captura los patrones de expresión génica de 400.000 células en múltiples etapas de desarrollo a medida que la Arabidopsis crece desde una sola semilla hasta convertirse en una planta madura. Este recurso, disponible públicamente, será de gran utilidad para futuros estudios sobre los diferentes tipos de células vegetales y sus etapas de desarrollo, y cómo responden al estrés y a los estímulos ambientales.
Los hallazgos, publicados en Nature Plants el 19 de agosto de 2025, contribuirán a ampliar la investigación y el desarrollo en biotecnología vegetal, agricultura y ciencias ambientales.
«Hemos avanzado mucho en nuestra comprensión de la biología vegetal, pero hasta hace poco, existía un obstáculo tecnológico que nos impedía catalogar de forma exhaustiva los tipos de células y los genes que expresan de manera uniforme en todas las etapas de desarrollo», afirma el autor principal, Joseph Ecker, profesor, presidente del Consejo Internacional de Genética de Salk e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. Nuestro estudio cambia eso. Creamos un conjunto de datos fundamental de expresión génica de la mayoría de los tipos de células, tejidos y órganos, a lo largo del espectro del ciclo de vida de Arabidopsis.
Cómo mapear una planta
En sus muchos años como planta modelo, Arabidopsis ha sido objeto de numerosos experimentos. Los científicos llevan décadas trabajando para decodificar su genoma, mapeando los genes que se expresan en cada tipo de célula en diversos tejidos y órganos vegetales. Utilizando estos mapas incrementales, los científicos pueden empezar a descubrir qué genes controlan la identidad y el comportamiento de las diferentes partes de la planta.
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Una forma eficaz de crear estos mapas es mediante la secuenciación de ARN unicelular. Esta técnica de secuenciación genética analiza los productos del genoma (cadenas de ARN) en lugar del código de ADN original. Esto facilita a los científicos determinar qué genes se utilizan realmente en una célula y cuántos. Los mapas de expresión génica también ayudan a los investigadores a caracterizar los diferentes tipos de células dentro de una especie. Dado que cada célula de un organismo contiene el mismo código genético, se pueden identificar diferentes tipos de células por el patrón único de genes que expresan.
Si bien la secuenciación de ARN unicelular ha permitido a los científicos crear mapas detallados de los tipos celulares, estos mapas suelen limitarse a órganos o tejidos específicos; por ejemplo, solo se observan las raíces de la planta e ignoran el tallo, las flores y las hojas. Para pasar de pequeños mapas genéticos a un atlas sofisticado, los investigadores de Salk combinaron la secuenciación de ARN unicelular con otra tecnología: la transcriptómica espacial.
Mejor tecnología, mejores mapas
Con la secuenciación de ARN unicelular, los investigadores se ven obligados a separar los tejidos de interés y procesar sus células de forma aislada. Con la transcriptómica espacial, los investigadores pueden crear mapas genómicos de las plantas tal como existen en el mundo real, dentro del contexto tisular. La estructura, la forma y la ubicación de las células y los tejidos de toda la planta pueden permanecer intactos durante todo el proceso de secuenciación. El resultado es una visión detallada de la identidad de las células en múltiples tejidos y órganos a la vez.
“Lo que más me entusiasma de este trabajo es que ahora podemos ver cosas que antes simplemente no podíamos ver”, afirma Natanella Illouz-Eliaz, coautora principal e investigadora postdoctoral en el laboratorio de Ecker. “Imaginen poder observar dónde están activos hasta mil genes a la vez, en el contexto real de los tejidos y células de la planta. No solo es fascinante en sí mismo, sino que ya nos ha llevado a descubrimientos, como el hallazgo de genes involucrados en el desarrollo de las vainas de semillas que nadie conocía antes. Hay mucho más por descubrir en estos datos, y esa sensación de posibilidad es lo que realmente me entusiasma”.
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El atlas transcriptómico unicelular y espacial abarca 10 etapas de desarrollo de Arabidopsis, desde la semilla en el suelo hasta la floración adulta. Se capturaron más de 400.000 células a lo largo de este ciclo de vida, lo que demuestra la sorprendente diversidad de tipos celulares que se pueden encontrar en un solo organismo.
Adónde nos lleva el nuevo mapa
Al observar el ciclo de vida completo de Arabidopsis en lugar de una sola instantánea, los investigadores ya han descubierto un conjunto sorprendentemente dinámico y complejo de caracteres responsables de la regulación del desarrollo vegetal. También descubrieron numerosos genes nuevos cuya expresión y función en tipos celulares únicos ahora pueden explorarse con más profundidad.
«Este estudio será una herramienta poderosa para la generación de hipótesis en todo el campo de la biología vegetal», afirma el coautor principal Travis Lee, investigador postdoctoral en el laboratorio de Ecker. «Nuestra aplicación web, fácil de usar, facilita el acceso a este atlas del ciclo de vida para la comunidad científica de las plantas con solo navegar por nuestro sitio web, y estamos deseando aprender de los numerosos estudios genómicos unicelulares que ahora permitirá».
Los investigadores esperan que este nuevo recurso, actualmente disponible gratuitamente en línea, permita una exploración más profunda del desarrollo celular vegetal, ayude a explicar cómo responden las plantas a las perturbaciones genéticas y ambientales, y promueva el avance de la biología vegetal en general.
Otros autores incluyen a Jiaying Xu, Bruce Jow y Joseph Nery, de Salk, así como a Tatsuya Nobori, ex miembro de Salk y actualmente en el Laboratorio Sainsbury del Reino Unido.
El trabajo contó con el apoyo del Programa Científico Human Frontiers (n.º LT000661/2020-L), la Fundación George E. Hewitt para la Investigación Médica, el Instituto de Ciencias Weizmann, los Institutos Nacionales de Salud (NIGMS K99GM154136) y el Instituto Médico Howard Hughes.