El 18 de mayo se celebró el Día Internacional de la Fascinación por las Plantas y muchos colegios, jardines botánicos y centros de investigación como el CNB organizaron todo tipo de actividades (espero que no os perdáis charla “Fascinados por las plantas: Botánicos y artistas en las expediciones españolas del s. XVIII”). Los que nos dedicamos a trabajar con plantas sabemos que estos organismos suelen pasar desapercibidos. Solemos verlos como meros elementos del decorado y no como protagonistas de la película. Este fenómeno, conocido como ceguera ante las plantas (plant blindness en inglés), hace que pasemos por alto la importancia de la plantas en nuestras vidas. Empezando por el oxígeno, está claro que la vida en este planeta no sería tal y como la conocemos en ausencia de las plantas. Si probáis a nombrar todos los productos de origen vegetal que utilizáis a diario seguro que la lista será larguísima: incluso sin salir de casa, probablemente hayáis dormido en una cama con alguna pieza de madera, después de la ducha os habréis secado con una toalla de algodón y es probable que desayunéis té, café o alguna bebida con chocolate. ¿Lo veis? Las plantas están por todas partes.
Si hacemos una lista parecida con las especies vegetales con las que trabajamos en los laboratorios de biología molecular os adelanto que será mucho más reducida. En la inmensa mayoría de laboratorios os encontraréis con una planta herbácea llamada Arabidopsis thaliana, de la misma familia que la col, el rábano, la colza o el wasabi. Arabidopsis es sin lugar a dudas la reina de las plantas utilizadas en investigación, aunque no tenga el mismo potencial culinario que sus parientes. En otros muchos laboratorios se trabaja con especies de interés agrícola como patata, tomate, fresa, arroz o trigo. Estas especies también se consideran plantas modelo y se utilizan en proyectos de investigación básica y aplicada. Por último, hay un tercer grupo de laboratorios en los que hemos elegido una vía alternativa y trabajamos con plantas sin flores, sin raíces y sin hojas: los briófitos.
Por si el nombre de briófitos no os resulta suficientemente evocador, os daré una pista: los musgos son un tipo de briófitos. Además de los musgos existen otros dos grupos de briófitos: las hepáticas y las antocerotas. ¿Hepáticas? ¿Hepáticas como en “perteneciente o relativo al hígado”? Sí, eso es. En la Antigüedad a alguien se le ocurrió que estas plantas tenían forma de hígado; de hígado verde. Más adelante, siguiendo ese principio tan de moda hace unos siglos de “lo semejante cura a lo semejante” se empezaron a utilizar hepáticas para tratar afecciones del hígado. Por lo que sabemos hoy en día, es bastante improbable que las hepáticas tuvieran algún efecto beneficioso sobre los hígados de los enfermos de la Edad Media, así que mejor que no probéis esto en casa.
En este punto quizá os preguntéis qué interés tiene estudiar los briófitos o las hepáticas si carecen de los órganos típicos como flores u hojas, no se pueden comer y excepto para adornar el belén, no parecen tener ninguna aplicación. La clave está en lo que ocurrió hace unos 500 millones de años, cuando las primeras plantas colonizaron la tierra. Los fósiles de las plantas terrestres más antiguas se parecen muchísimo a las hepáticas actuales. Estos fósiles datan de la era Paleozoica, hace unos 480 millones de años. Para que os hagáis un idea, los primeros dinosaurios aparecieron hace “sólo” 250 millones de años, así que estamos hablando de plantas antiquísimas. Además, el análisis de los genomas de múltiples especies de plantas, desde algas a plantas con flores, indican que los briófitos son el grupo de plantas actuales más próximo al ancestro común de todas las plantas terrestres. Estos análisis también han desvelado otro dato importante: la mayoría de las familias de genes que encontramos en las plantas con flores, como Arabidopsis thaliana, también están presentes en los briófitos. Por tanto, si dichos genes existen en todas las plantas terrestres, es bastante probable que aparecieran en el ancestro común de todas ellas, es decir, en la primera planta que colonizó la tierra con éxito.
El estudio de los briófitos es muy interesante desde el punto de vista evolutivo porque puede ayudarnos a entender cómo eran las plantas ancestrales, cómo consiguieron adaptarse al medio terrestre y cómo evolucionaron hasta dar lugar a la inmensa variedad de especies que conocemos hoy en día. De hecho, existen varios artículos científicos que explican cómo los mismos genes que en briófitos regulan ciertos procesos adquirieron otras funciones en plantas con flores. Con esto queda claro que el estudio de una única planta modelo como Arabidopsis thaliana no es suficiente para entender la biología de todas las especies de plantas. Por eso ha llegado el momento de presentaros a mi briófito favorito: la hepática Marchantia polymorpha.
Marchantia es una planta que no tiene ni hojas, ni tallo, ni raíces, sino un cuerpo taloso aplastado que se bifurca de manera regular. Su parecido con un hígado lo dejo a vuestro juicio (ver foto). Al igual que otros briófitos, su tamaño es pequeño y no tiene ni vasculatura ni lignina. En la parte ventral presenta unas falsas raíces llamadas rizoides, muy similares a los pelos radiculares de otras plantas. En la parte dorsal tiene unos poros necesarios para el intercambio de gases. Al ser una planta dioica, podemos encontrar plantas macho o hembra. Marchantia puede reproducirse de forma sexual mediante óvulos y espermatozoides (¡con flagelo!). Sin embargo, una de las características más fascinantes de Marchantia es su capacidad para reproducirse asexualmente. La planta madre genera clones idénticos a sí misma en unas copitas de la parte dorsal del talo. Este tipo de reproducción le permite completar su ciclo de vida en unas tres semanas, y esto nos viene fenomenal en el laboratorio. Otra de las ventajas de esta planta es que la mayor parte de su ciclo es haploide. Los humanos somos diploides y tenemos 23 pares de cromosomas, o lo que es lo mismo, dos copias de cada gen. Marchantia sólo tiene una copia de cada gen, así que cada vez que realizamos una modificación genética nos ahorramos tener que realizar cruces y analizar las siguientes generaciones para obtener plantas homocigotas. Y ya que hablamos de genética sólo me queda desvelaros la razón por la que Marchantia es el mejor briófito modelo: posee una redundancia de genes extremadamente baja. La gran mayoría de familias génicas estudiadas en plantas con flores contiene varios miembros, mientras que en Marchantia muchas de estas familias contienen un único gen. Esta baja redundancia, unida a la gran eficiencia de técnicas de edición genética como la recombinación homóloga o el CRISPR hacen de Marchantia un modelo ideal para realizar no sólo estudios evolutivos sino para contestar preguntas básicas en biología.
Éstas son algunas de las razones por las que estoy fascinada por Marchantia polymorpha, una planta con la que empecé a trabajar a finales de 2013 en Japón, donde se la conoce como zenigoke, el musgo del dinero. Cuando volví al CNB, en el laboratorio de Roberto Solano nos convertimos en pioneros en el estudio de esta hepática en España y desde entonces hemos convencido a unos cuantos laboratorios de las maravillas de esta planta modelo. Si tenéis interés en saber más sobre Marchantia, aquí abajo tenéis algo de bibliografía. Si queréis ver Marchantias en la naturaleza, podéis buscarlas en lugares húmedos y sombríos del norte de España o tratar de encontrar su escondite en La Pedriza.
Bowman, J.L. (2016) A brief history of Marchantia from Greece to genomics. Plant Cell Physiol. 57: 210–229.
Bowman, J.L. et al. (2017) Insights into land plant evolution garnered from the Marchantia polymorpha genome. Cell 171, 287–304.
Shimamura, M. (2016) Marchantia polymorpha: Taxonomy, Phylogeny and Morphology of a Model System. Plant Cell Physiol. 57: 230–256.
