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RNA de interferencia -iRNA- y agricultura
María Beatriz Riverón Acosta briveron@uol.com.br 2018
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RNA de interferencia -iRNA- y agricultura María Beatriz Riverón Acosta Marzo 2018
Índice
Introducción
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¿Qué es el RNA de interferencia o interferente (iRNA)? 4 Fuentes
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Introducción El funcionamiento de un organismo depende de mecanismos de control precisos constantemente ajustados a las condiciones reales. Por lo tanto, existe la necesidad de comunicación eficiente entre células adyacentes y distantes, que puede ser ejecutada por proteínas, hormonas, quimiotransmisores, citoquinas entre otros. En los últimos años, ha sido descubierto e investigado otro medio de regulación que implica RNAs de interferencia. Este mecanismo se ha convertido en un tema de millares de publicaciones, definiendo sus roles en procesos fisiológicos y patológicos como las carcinogénesis y las auto-inmunizaciones. El empleo de iRNA es un ejemplo de una de las nuevas tecnologías de ingeniería genética aplicada al control de plagas y mejoramiento de plantas. Su objetivo es inactivar la expresión de determinados genes, que suprimen la producción de una proteína específica de un organismo. Si consideráramos las inversiones realizadas por grandes multinacionales del sector de biotecnología, el iRNA puede ser la próxima revolución en el control de plagas, desde la introducción de los organismos genéticamente modificados (OGMs) en la década do 1980. No obstante, de la misma forma que ocurre con los transgénicos, esta tecnología está lejos de contar con el un consenso en la comunidad científica y suscita dudas sobre las ventajas, riesgos y directrices (o nuevas directrices) para su reglamentación en varios países. Una de las mayores preocupaciones de los especialistas en relación al iRNA recae justamente sobre uno de sus puntos fuertes: la especificidad del objetivo. Al direccionar un pequeño RNA para silenciar un mRNA (RNA mensajero) de un insecto plaga, por ejemplo, es posible alcanzar otros polinizadores, en el caso que la secuencia de mRNA de estos insectos sea parecida. Como el genoma de muchos polinizadores es todavía desconocido, garantizar la seguridad de la tecnología con iRNA es un desafío. http://www.bibliotecahorticultura.com
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¿Qué es el RNA de interferencia o interferente (iRNA)? El iRNA es un mecanismo ejercido por moléculas de RNA complementarias a RNAs mensajeros, inhibiendo la expresión génica en la fase de traducción o dificultando la transcripción de genes específicos. La ribo-interferencia es un mecanismo de silenciamiento post-transcripcional de genes específicos, ejercido por moléculas de RNA (iRNA) que son complementarias a un RNA mensajero llevando a la degradación de éste. Dos tipos de moléculas pequeñas de RNA pueden estar involucradas en los mecanismos de RNA interferente, miRNA (microRNA) y siRNA (del inglés, small interfering RNA). Los miRNA son productos de la transcripción de genes presentes en muchos eucariotas. Se originan en precursores de RNAs, con cerca de 22 nucleótidos de longitud, que poseen regiones internas auto-complementarias (por ejemplo, A-U; C-G), capaces de parearse y formar estructuras del tipo “hairpin” (clip de cabello). Los siRNAs son derivados de largas moléculas de RNA de doble cadena de origen exógeno (como aquellas provenientes de virus de RNA). Mediante clivaje por acción catalítica de la enzima Dicer (enzima nucleasa que hidroliza moléculas de RNA de doble cadena –dsRNA-), se generan pequeñas moléculas de RNA de cadena doble y se asocian a un complejo proteico, formando un ribonucleoproteico conocido como RISC (sigla del inglés: RNAcomplex induced silencing). Después de esta reunión, una de las cintas del RNA es eliminada y la otra sirve de guía para que el complejo RISC encuentre sus cadenas complementarias de mRNA específicos, los cuales serán objetivo de la acción del silenciamiento génico.
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Cuando el apareamiento entre la cadena guía y el mRNA involucra diversas bases, generando un apareamiento eficiente, este mRNA será degradado por la acción catalítica de una de las subunidades de RISC: la enzima denominada Argonauta. Cuando el apareamiento entre la cinta guía y el mRNA objetivo ocurre de manera parcial, RISC no promueve el clivaje del m RNA, pero actúa desestabilizando el proceso de traducción de éste o en estas condiciones, estos mRNAs pueden ser conducidos a los llamados “cuerpos de procesamiento” (cuerpos-P), estructuras citosólicas responsables por la descomposición del mRNA. El RNA de interferencia tiene un papel importante en la defensa del patrimonio genético celular contra genes parasíticos –virus y transposones-, pero también no desarrollo y expresión genética en general. Figuras 1 y 2 - Mecanismo de iRNA mediado por siRNA
Figura 1
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Figura 2
Ejemplos: RNA de interferencia como estrategia para el control de Begomovirus. Especies del género Begomovirus (familia Geminiviridae) comprenden un importante grupo de patógenos de plantas, capaces de infectar un gran número de cultivos y causar fuertes impactos en la agricultura. Estos agentes poseen un genoma constituido por una o dos moléculas de DNA circular de cadena sencilla, y son transmitidos de manera persistente y circulatoria por la mosca blanca (Bemicia tabaci) causando severos daños a cultivos de frijoles (Phaseolus vulgaris) y de tomates (Solanum lycopersicum) en regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo. Se utilizó la estrategia de iRNA como forma de control genético de begomovirosis asociadas a estos dos cultivos. Inicialmente, en el caso de frijoles, el mecanismo de iRNA fue utilizado para generar un linaje de frijol inmune al “bean golden mosaic virus” (BGMV).
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Fue evaluado si moscas blancas virulentas, infectadas por el BGMV, podrían disminuir su carga de DNA viral después de alimentarse con plantas de frijol genéticamente modificadas (GM), que expresan moléculas de pequeños RNAs interferentes (siRNAs) que tienen como objetivo el gen rep de ese virus. El estudio demostró que la cantidad de DNA viral fue significativamente reducida en moscas blancas que se alimentaron de plantas de frijol GM (comparado a moscas que se alimentaron de plantas no GM), en 52% y 84%, en los períodos de 4 y 8 días respectivamente. O mecanismo de iRNA foi empleado también con el objetivo de silenciar el gen v-ATPase de la mosca blanca. En este estudio, un plásmido contiendo un “casete” de interferencia para un fragmento del gen que codifica v-ATPase foi desarrollado y utilizado para transformar cotiledones de lechuga (Lactuca sativa). De un total de 25 linajes transgénicas, 7 fueron evaluadas para estudios moleculares. Análisis de la progenie confirmó la presencia del inserto en los 7 linajes, así como el análisis por Northern blot, permitió la detección de siRNAs correspondientes al gen de v-ATPase. Un estudio de silenciamiento de la v-ATPase foi realizado por medio de un bioensayo en el cual plantas de los diferentes linajes fueron sometidas a la presencia de 20 moscas blancas, y la tasa de mortalidad, bien como la alteración de desarrollo en diferentes estadios del ciclo de vida de la mosca, fueron evaluados durante un período de 32 días. El análisis de mortalidad de insectos alimentados con plantas transgénicas demostró que, en 3 días de alimentación, una reducción de aproximadamente 75% en esa población pudo ser observada cuando comparada al control (p<0,05). Alteraciones significativas en el ciclo de desarrollo de insectos alimentándose con plantas transgénicas también fueron observadas (p<0,05).
Las nuevas tecnologías, como o iRNA pueden revolucionar la biotecnología vegetal, permitiendo la modificación de plantas de manera más rápida y precisa. http://www.bibliotecahorticultura.com
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Además de eso, estas técnicas pueden revolucionar también la forma con que la reglamentación y la sociedad entienden el mejoramiento de cultivos. Sin embargo, es necesario considerar los riesgos y potenciales impactos de estas técnicas en el campo, lo que coloca nuevos desafíos para el reglamento de tales tecnologías. La participación de empresas, productores, científicos y sociedad es fundamental para direccionar la aplicación de estas herramientas biotecnológicas en la agricultura.
Fuentes ▪ SIKORA, E.; PTAK, E.; BRYNIARSKI, K. Immunoregulation by interference RNA (iRNA) – mechanisms, role, perspective. Postepy Hig Med Dosw. 65:482-95. 2011. ▪ YANAGUI, K. Novas tecnologias , novos desafios. Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC). Campinas, São Paulo, 2018. ▪ DE PAULA, N.T. RNA de interferência para controle de begomoviroses. Tese de Doutorado, Universidade de Brasília, 2015. ▪ IBRAHIM, A. B. Plantas transgênicas expressando siRNA do gene de uma v-ATPase. Tese de Dourorado, Universidade de Brasília, 2016. ▪ https://pt.wikipedia.org/wiki/RNA_interferente
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Cítanos RIVERÓN ACOSTA, María Beatriz. RNA de interferencia iRNA y agricultura [online]. Biblioteca Horticultura. València: Serveis per la producció editorial SPE3. Marzo 2018. 10 pp. Disponible en http://publicaciones.poscosecha.com/es/sanidad-vegetal/424-rna-deinterferencia-irna-y-agricultura.html
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María Beatriz Riverón Acosta
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