La salud y la supervivencia de un organismo dependen de una replicación fiable y precisa del ADN (ácido desoxirribonucleico) y de una división celular ordenada. Sin que estos procesos sean altamente fiables, la supervivencia es cuestionable. Sin embargo, de vez en cuando se producen errores. ¿Qué tipo de errores ocurren, qué los provoca y cuáles son algunos de los resultados?

En primer lugar, es importante saber que la mayor parte del ADN no hace nada. El ADN se clasifica como «codificante» o «no codificante». El ADN codificante codifica para la producción de enzimas y proteínas requeridas para ejecutar los procesos necesarios para la vida. El ADN no codificante es similar a letras colocadas al azar que no tienen sentido. El propósito de tal abundancia de ADN no codificante no se entiende bien, pero de los 2,5 metros de ADN en cada célula humana, sólo alrededor de 1 pulgada es ADN codificante. Los errores en las secciones no codificantes no tienen consecuencias aparentes y ésa es una de las teorías de por qué hay tanto: puede actuar como un amortiguador para proteger el ADN codificante. Un artículo anterior de la Extensión de la Universidad Estatal de Michigan, «Los mutantes también tienen valor», mencionaba que algunos cambios en el ADN son útiles. Este artículo discutirá cómo se producen y da ejemplos de mutaciones de plantas que se ven comúnmente.

Las mutaciones se deben a cambios que ocurren dentro del propio ADN o en el proceso de replicación/división celular. Los cambios dentro de la molécula de ADN se denominan «mutaciones puntuales», ya que se producen en una pequeña porción del ADN, pero aún así pueden tener un efecto significativo porque cambian el «significado del código.» Las mutaciones puntuales pueden deberse a daños provocados por los rayos cósmicos, las sustancias químicas y los virus. También pueden deberse al estrés provocado por el calor, el frío, una poda severa o un error de replicación que provoque un cambio en las secuencias de ADN de modo que dejen de tener sentido. Muchos sistemas biológicos son sistemas de tipo ruta que requieren la formación de productos intermedios antes de producir el producto final. Las enzimas controlan estos pasos intermedios, y la interrupción de cualquier paso impide que se produzca el producto final. Por lo tanto, cuantos más pasos haya en la vía, más vulnerable será el sistema a posibles cambios.

Las mutaciones puntuales afectan a muchos sistemas de las plantas. Los más dramáticos visualmente son el color o la forma. La foto 1 muestra varias mutaciones de color que se producen de forma natural. El cambio puede afectar a una parte de una flor, un fruto o una hoja, o a una rama entera. Dependiendo del tejido afectado, el cambio puede transmitirse a la siguiente generación a través de las semillas. También puede propagarse mediante injertos o esquejes. Algunas mutaciones pueden ser inestables y dar lugar a la producción de secciones de la planta que vuelven a su estado original (Foto 2).

Las mutaciones puntuales de las plantas se encuentran a menudo después de condiciones ambientales estresantes, especialmente el frío. Todas las células de un organismo contienen la misma información genética, independientemente de su ubicación. Algunas células forman raíces mientras que otras forman flores, aunque ambas contengan la misma información genética. No entendemos del todo qué regula este proceso. Sin embargo, sí sabemos que las células que se ven obligadas a reprogramarse hacia una función diferente parecen ser propensas a cometer errores en el proceso. Esto ocurre cuando las plantas experimentan temperaturas que matan las yemas. Cuando las yemas vegetativas normales sufren daños, la planta forma yemas adventicias que se convierten en nuevos brotes. La mayoría de las células se reprograman con éxito, pero algunas pueden expresar cambios. La mayoría de los cambios pasan desapercibidos y no son beneficiosos, pero podría haber un cambio en el color o en el hábito de crecimiento, que fácilmente detectamos y encontramos atractivo o beneficioso.

Una pequeña explicación sobre la anatomía y el desarrollo de las plantas puede aclarar la aparición de mutaciones. Las estructuras vegetales comienzan con una sola célula. Esa célula se divide para dar lugar a dos, esas dos se dividen para dar lugar a cuatro, luego cuatro se dividen para dar lugar a ocho y así sucesivamente hasta que la estructura está completa. Por eso algunas mutaciones visuales parecen bastante geométricas. La flor de hibisco de la foto 1 es en su mayor parte medio blanca y medio rosa, lo que indica que el cambio de color se produjo en la fase de dos células. Eso es también lo que ocurre en una fruta de manzana mitad roja y mitad amarilla.

Para preparar este artículo, hice una excursión al supermercado local. Como era de esperar, encontré mutaciones. Son fáciles de detectar una vez que se sabe qué buscar. La foto 3 muestra lo que encontré. Basándome en el tamaño del cambio, la fruta naranja de la izquierda en la Foto 3B y C aparentemente tuvo un cambio en la etapa de cuatro células y la de la derecha en la etapa de 16 células. Estos cambios visuales pueden ser sorprendentes cuando se observan ya que no ocurren a menudo, pero no son inusuales una vez que se entiende el proceso.

Las mutaciones de color de los frutos son más evidentes. El desarrollo del color es un proceso de vías con varios pasos intermedios entre el producto inicial y el final. Los cambios de color, por lo tanto, ocurren con bastante frecuencia, especialmente el cambio a menos color. Sin embargo, muchas manzanas rojas tienen un color mejorado con respecto al original porque los productores de manzanas encuentran miembros individuales con frutos muy coloreados. Los brotes de esas ramas se propagan hasta convertirse en árboles enteros.

Otro tipo de mutación común implica la adición o eliminación de cromosomas o la adición de un conjunto completo de cromosomas. Son el resultado de errores durante el proceso de división celular. Durante la división celular normal, los cromosomas se alinean, se duplican y luego se separan y se distribuyen por igual en las dos células resultantes. A veces los cromosomas se «retrasan» y se quedan atrás, lo que da lugar a una distribución desigual: una célula tiene más y la otra tiene menos. Estas células no suelen ir bien, ya que a la mitad de ellas les falta la información necesaria y la desigualdad en el número de cromosomas provoca más dificultades de replicación.

Sin embargo, en ocasiones los cromosomas se duplican y no se forma una nueva célula. Esto da lugar a que la célula original tenga un conjunto completo de cromosomas extra. Estos cambios son bastante estables, ya que tienen la información necesaria -sólo el doble- y tienen el mismo número de cromosomas, lo que hace que la nueva división celular sea regular. Las células resultantes de este cambio se denominan poliploides (poli = muchos; ploidía = cromosomas). Este cambio puede ocurrir en todas las células, pero si ocurre en las células responsables de la reproducción sexual, forman óvulos y granos de polen que tienen el doble del número normal de cromosomas y los óvulos y el polen resultantes se denominan «gametos no reducidos».

Si un grano de polen no reducido se combina con un óvulo no reducido de la misma especie, tiene el potencial de desarrollarse en toda una nueva especie de planta. Este proceso ha dado lugar a algunas plantas alimenticias muy conocidas. Los arándanos y las fresas forman parte de una serie de poliploides, algunos de los cuales son diploides (la situación normal de dos juegos de cromosomas), tetraploides (cuatro juegos), hexaploides (seis juegos) y octoploides (ocho juegos). Las fresas comerciales son octoploides y los arándanos comerciales son tetraploides o hexaploides. Se cree que los tetra, hexa y octoploides se remontan a un ancestro diploide que pasó por los pasos de producción de gametos no reducidos y las combinaciones. Otras plantas poliploides son el trigo (tetraploide o hexaploide), la avena (hexaploide), el kiwi (hexaploide) y otras. De hecho, entre el 30 y el 80 por ciento de todas las plantas son poliploides.

Notarás que todos los niveles mencionados son números pares-dos, cuatro, seis, ocho, etc. Ninguno es impar-uno, tres, cinco, etc. Esto es porque los números impares nos devuelven al problema de la distribución desigual de los cromosomas durante la división celular. Sin embargo, para toda regla hay una excepción, y la patata tiene miembros con dos, tres, cuatro y cinco juegos de cromosomas, pero entonces la patata no depende únicamente de la reproducción sexual, sino que puede propagarse a través de piezas de semillas asexuales. Los conjuntos impares existen o pueden hacerse en otras especies de plantas, y los hemos aprovechado como cultivos alimentarios, ya que en muchos casos la distribución desigual de cromosomas conduce a la ausencia de semillas, como en el caso de las sandías y los plátanos sin semillas. Las plantas crecerán, pero no producirán descendencia, son estériles y sólo tienen restos de semillas.

Las mutaciones también se producen en los sistemas animales. Sin embargo, como los sistemas animales son más complejos, su supervivencia no es tan fiable y los cambios no son tan drásticos. Hay algunos peces y anfibios poliploides, pero los mamíferos poliploides son raros y es aún más raro que sobrevivan hasta el nacimiento.