Cuando el agua escasea, una planta no puede huir; debe recalcular su biología para sobrevivir. Este proceso de adaptación extrema requiere una coordinación matemática perfecta entre señales de alerta, activación de genes y rediseño físico.
Desentrañar cómo ocurre este cálculo biológico es el objetivo de Gabriela Vásquez y Jean Pierre Ramos, investigadores del Núcleo Milenio en Ciencia de Datos y Resiliencia Vegetal (Phytolearning), quienes acaban de aprobar sus candidaturas al Doctorado en Bioinformática y Biología de Sistemas en la Universidad Andrés Bello (UNAB).
Nueva frontera de la biología
Privadas de hidratación, las plantas activan un mecanismo de supervivencia inmediato. “En ese proceso participa una hormona que actúa como una señal de alerta y coordina distintas respuestas, como reducir la pérdida de agua y activar mecanismos de protección. Estudio las regiones del ADN que funcionan como interruptores y que indican cuándo debe encenderse cada respuesta”, explica Gabriela Vásquez, ingeniera en Biotecnología.
Su tesis busca descifrar esta red mediante el análisis de datos biológicos con modelos de deep learning, capaces de identificar patrones complejos. “Busco identificar la gramática regulatoria de estos promotores, es decir, las reglas que determinan qué señales del ADN deben estar presentes, cómo se combinan y en qué posición para activar una respuesta frente a la sequía”, detalla la científica nacida en Coquimbo.
Para desarrollar y optimizar estos algoritmos, trabajará junto a su cotutora, la Dra. Mabel Vidal —académica de la Universidad de Concepción e investigadora de Phytolearning—. Posteriormente, las secuencias y reglas identificadas serán sometidas a pruebas experimentales, con el objetivo de diseñar cultivos más eficientes.
“Esta combinación permite conectar las predicciones computacionales con resultados biológicos concretos y comprobables. Dicho de forma simple, se busca que la planta pueda encender sus mecanismos de defensa solo cuando realmente los necesita”, subraya Vásquez.
Rediseño desde las raíces
Mientras avanza la búsqueda de interruptores genéticos, en paralelo Jean Pierre Ramos investiga la transformación que se desencadena bajo tierra. “Al estar en contacto directo con el suelo, las raíces son el primer órgano en enfrentar estos ambientes hostiles y percibir el estrés”, explica el ingeniero en Biotecnología. Su capacidad para cambiar de forma determina si la planta vive o muere.
Para descodificar esta plasticidad, su investigación contrasta el tomate cultivado, Solanum lycopersicum, con su pariente silvestre tolerante a la sequía, Solanum pennellii. “Para responder a estas condiciones, la auxina es una fitohormona que desempeña un papel crucial como vía de integración de estas señales, modulando alteraciones en la arquitectura radicular (organización y extensión de las raíces en el suelo) a través de una familia de factores de transcripción conocidos como ARFs (Factores de respuesta a auxina). Sin embargo, existen pocos estudios que aborden comparaciones evolutivas entre especies cercanas que permitan conectar los cambios de la arquitectura regulatoria con diferencias adaptativas”, detalla el investigador de 29 años.
La articulación de estas múltiples capas analíticas exige una convergencia metodológica: fisiología vegetal, genómica y biología estructural entrelazadas a través de la bioinformática.
El proyecto cruzará evaluaciones fenotípicas de las raíces con datos de secuenciación y culminará en un exigente modelamiento molecular de la interacción proteína-ADN para cuantificar afinidades a escala atómica. “Para procesar estos datos es indispensable aplicar este enfoque interdisciplinario. Al comprender cómo el tomate silvestre modula genéticamente sus raíces para sobrevivir a la sequía, estaremos sentando las bases moleculares para desarrollar, en el futuro, cultivos agrícolas más resilientes al cambio climático”, concluye Ramos.