Conocer las especies es algo así como el santo grial de la biología moderna, pues cada una -ya sea animal, planta u hongo- representa un tesoro en sí misma y, además de jugar un papel fundamental en el ecosistema en que se encuentra, se puede aprovechar de manera racional. Para identificar una especie, es necesario secuenciar un gen, que siempre será el mismo. La técnica del código de barras del ADN se basa en las diferencias en una parte específica del genoma para identificar especies distintas.
El Gen COI: Un Código de Barras de ADN para Animales
Para los animales se utiliza un gen que codifica una proteína (enzima) de la cadena respiratoria, que se llama Citocromo Oxidasa I y se abrevia como COI o CO1 o COX1. Curiosamente el ADN para este gen no se encuentra en el núcleo de la célula, sino en la mitocondria, que es la encargada de la respiración y de proporcionar energía a la maquinaria celular. Este ADN extra-nuclear es producto de la herencia ancestral en que una bacteria y una célula se asociaron para tener un mutuo beneficio. El COI permite identificar a todos los animales de nuestro planeta y es el principio en que se basan los llamados Códigos de barras de la vida. Esta técnica está afianzada por lo que respecta a los animales.
Ventajas del Gen COI para el Barcoding de ADN
El uso del gen COI presenta varias ventajas, lo que lo hace ideal para estudios filogenéticos y de identificación:
- El ADN mitocondrial es fácil de aislar, dada su alta abundancia en las células.
- Este ADN presenta herencia materna y por lo tanto ausencia de recombinación que permite establecer una historia evolutiva del grupo taxonómico a estudiar.
- Tiene altas tasas de mutación en diferentes partes de la molécula.
- La respiración celular ha sido muy estudiada y por lo tanto la actividad del gen COI muy conocida.
- Su estructura y tamaño es muy conservada en todos los organismos aeróbicos.
- Este ADN presenta regiones altamente conservadas seguidas de unas regiones altamente variables que permiten estudiar la diferenciación genética entre poblaciones de una misma especie y entre especies de un mismo género.
- Tiene gran aplicabilidad en una gran cantidad de insectos.
La Búsqueda de un Código de Barras Universal para Plantas: El Gen matK
A pesar de las ventajas del gen COI y su éxito en la identificación animal, no se dispone de un código de barras universal para las plantas. La comunidad investigadora tiene ante sí el reto de dar con un segmento del genoma que varíe ampliamente entre especies, pero que, a la vez, muestre poca variación dentro de cada especie.
En una reciente investigación, científicos de Costa Rica, Reino Unido y Sudáfrica verificaron ocho códigos de barras potenciales en más de 1.600 especies de plantas de dos zonas de concentración de biodiversidad («hotspots»): Mesoamérica y el sur de África. Diversos análisis revelaron que una parte del gen «matK» cumple todos los requisitos para convertirse en un código de barras genético válido. La secuencia en cuestión varía de una especie a otra, pero es casi idéntica en plantas de una misma especie. Este gen podría servir a los investigadores para catalogar plantas en zonas de gran variedad vegetal y, en general, para vigilar el tráfico de especies de plantas en peligro de extinción. El trabajo, que fue financiado en parte por la UE, se ha publicado en Internet en la revista Proceedings of the National Academies of Science (PNAS).
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Ejemplos de Aplicación del Gen matK
Este código de barras es tan preciso que los científicos incluso pudieron usarlo para dilucidar un misterio que venía de largo. Muchos expertos en orquídeas sospechaban que dentro de una de las especies oficiales de orquídea costarricense podían distinguirse, en realidad, dos especies distintas. Investigaciones en torno al gen matK depararon que las sospechas de dichos expertos estaban fundadas: efectivamente, había dos especies de orquídeas distintas. Costa Rica atesora una de las floras de orquídeas más ricas del mundo. Estas flores son candidatas ideales para poner a prueba los códigos de barras del ADN, porque hay varias especies de orquídeas difíciles de distinguir a simple vista. Además, las orquídeas padecen las amenazas de la deforestación y el tráfico ilícito, por lo que seguramente saldrían beneficiadas de la aplicación de técnicas de conservación basadas en el código de barras del ADN.
El Parque Nacional Kruger de Sudáfrica se conoce sobre todo por los grandes animales de caza que habitan en él. Sin embargo, en él habitan también unas seiscientas especies de árboles y arbustos, y la región circundante contiene la mayor diversidad de árboles de todas las regiones templadas del mundo. Los investigadores lograron demostrar que su código de barras permite diferenciar dos grupos. Todas las orquídeas se enumeran en el Apéndice 2 de CITES (Convenio sobre el Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Fauna y Flora Silvestre), lo que implica que su comercio exige un permiso especial. No obstante, las especies más amenazadas, como las orquídeas «zapatilla de dama» de Mesoamérica, se enumeran en el Apéndice 1, lo que significa que está prohibido su comercio.
El Futuro del Barcoding Vegetal con matK
En última instancia, los investigadores esperan crear una base de datos genética relativa a las secuencias del gen matK de tantas especies como sea posible, para que cualquier muestra pueda cotejarse con la base de datos y definirse con exactitud. «Mirando al futuro, deseamos que esta idea de leer los códigos de barras genéticos de las plantas se materialice en un dispositivo portátil que pueda llevarse a cualquier sitio, que permita analizar con facilidad y rapidez el gen matK de cualquier muestra vegetal y compararlo con una gran base de datos, de forma que posibilite una identificación casi instantánea», comentó el Dr. Vincent Savolainen del Imperial College de Londres y del Real Jardín Botánico de Kew (Reino Unido). Él también explicó: «Son muchas las circunstancias en las que no resulta práctica la identificación taxonómica tradicional de las especies de plantas, sea en puertos o aeropuertos para comprobar si determinada especie se está transportando de forma ilícita, o en lugares como Costa Rica, donde la exuberante riqueza de un grupo de plantas, como las orquídeas, dificulta una catalogación precisa». Para que la técnica del código de barras del ADN cumpla sus objetivos, es urgente que se ponga a disposición de los países ricos en biodiversidad, pero de recursos escasos, mediante un desarrollo eficiente de las capacidades y programas de financiación sensatos.
La Relevancia del Gen COI en el Control de Plagas Vegetales
Aunque el gen COI no es el código de barras universal para la identificación de las plantas mismas, su aplicación es fundamental en el ámbito agrícola para la identificación de plagas que afectan los cultivos. El género Spodoptera Guenee, 1852 (Noctuidae: Amphipyrinae) está compuesto por un grupo de especies de polillas consideradas plagas de gran impacto económico, ya que se alimentan de cultivos de maíz, algodón, sorgo, arroz, pastos y maní, entre otros. La mayoría de sus especies se encuentran distribuidas en el hemisferio occidental, aunque algunas de ellas se encuentran en el hemisferio oriental. Todas estas polillas han sido reconocidas por representar “especies crípticas”, debido a que su morfología externa es muy similar a nivel de la larva y el adulto. Las especies de la familia Noctuidae, entre las que se incluyen especies del género Spodoptera, se caracterizan por presentar dificultad en la identificación bien sea por medio de caracteres morfológicos.
Un estudio realizado en Colombia sobre la filogenia de Spodoptera demostró la utilidad de un fragmento de 451 pares de bases del gen mitocondrial citocromo oxidasa I (COI) en la diferenciación de estas plagas. Para este trabajo, se obtuvieron un total de 102 larvas de S. frugiperda al azar en maíz, algodón, arroz, pasto y sorgo, durante finales de 2006 y principios de 2009. Los resultados demostraron que la secuenciación de este gen permite diferenciar especies como S. frugiperda y S. ornithogalli sin necesidad del uso de claves taxonómicas de sus estadios larvales. De esta forma, el gen COI, aunque se utiliza para identificar animales (en este caso, insectos plaga), es una herramienta vital para la identificación precisa de los organismos que afectan a las plantas, contribuyendo a estrategias de manejo de plagas más efectivas en la agricultura.
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