Epigenética: la memoria invisible de las plantas

Tema: En las plantas, la epigenética funciona como una memoria invisible que les permite registrar y responder a los cambios ambientales sin modificar su ADN. Estos mecanismos, basados en marcas moleculares heredables, influyen en su desarrollo, adaptación y resistencia, mostrándonos cómo “recuerdan” experiencias pasadas para sobrevivir a los desafíos recurrentes de su entorno.

Introducción

¿Cómo puede una planta, sin cerebro ni neuronas, recordar una dura sequía o el invierno que acaba de pasar?

Cuando pensamos en organismos con memoria, solemos imaginar seres complejos, como los humanos u otros animales, con cerebro y sistema nervioso. Sin embargo, las plantas, que carecen de estas estructuras, también son capaces de “recordar” experiencias pasadas mediante un sofisticado sistema de memoria molecular que les permite adaptarse, prepararse y, en muchos casos, sobrevivir.

Esa memoria no está escrita directamente en su código genético, sino “por encima” de él, en forma de marcas químicas y moléculas que regulan cómo se usa la información contenida en el ADN. A este fenómeno la ciencia le llama epigenética. Gracias a ella, una planta que ya se enfrentó a un evento de estrés, como frío, calor, sequía o el ataque de patógenos, puede responder de manera distinta, incluso más eficaz, si en algún momento vuelve a encontrarse en esa misma situación.

¿Qué es la epigenética?

Imagina que el ADN de los organismos es como un gran libro de instrucciones. En ese libro están escritas, en un lenguaje químico, las indicaciones necesarias para construir proteínas y mantener el funcionamiento de sus células. Pero no todas esas instrucciones se leen al mismo tiempo ni en todas las circunstancias. Ahí es donde entra la epigenética.

La epigenética es un conjunto de mecanismos que regulan qué genes se activan, cuáles se silencian y en qué momento ocurre cada cosa, sin cambiar la secuencia del ADN. Es decir, no modifica las “letras” del código genético, sino la manera en que ese código se interpreta y se utiliza. En las plantas, esta regulación puede ocurrir de distintas formas. Una de ellas es la metilación del ADN, que consiste en añadir marcas químicas en ciertas regiones del material genético, principalmente en una de las letras del ADN llamada citosina (Hemenway y Gehring, 2023). También pueden modificarse las proteínas que empaquetan el ADN, llamadas histonas, lo que hace que una región quede más abierta y activa o más compacta y silenciosa (Bond y Baulcombe, 2014; Hemenway y Gehring, 2023). Y, especialmente importante en plantas, la acción de pequeñas moléculas de ARN que guían la colocación de nuevas marcas epigenéticas mediante una vía conocida como RdDM (RNA-directed DNA methylation, o metilación del ADN dirigida por ARN), considerada la principal ruta de metilación de novo en plantas, es decir, establecen una marca nueva donde antes no estaba (Matzke et al., 2015).

Factores como el frío, el calor, la sequía, la salinidad o el ataque de patógenos pueden modificar la actividad de ciertos genes y dejar una especie de “huella molecular” en la célula. Gracias a ello, la planta no altera su información genética de origen, pero sí ajusta su funcionamiento para responder mejor a las condiciones que enfrenta (Figura 1) (Harris et al., 2023). De esta manera, la célula no tiene que empezar desde cero cada vez, sino que puede conservar una memoria molecular de la información que ya había regulado. Estas señales epigenéticas pueden cambiar a lo largo del desarrollo de la planta o aparecer en respuesta al ambiente y, además, pueden heredarse a las siguientes generaciones. Es decir, estas marcas pueden transmitirse a las semillas hijas, lo que hace que la siguiente generación nazca “preparada”.

Algo importante es que, lejos de actuar por separado, estos mecanismos se conectan entre sí y forman una red que ayuda a establecer, mantener o borrar estados epigenéticos según el momento del desarrollo, las condiciones del ambiente o las necesidades de la planta. Por eso, la epigenética puede entenderse como un sistema de regulación flexible que permite a las plantas ajustar la actividad de sus genes sin necesidad de alterar su secuencia genética.

Figura 1. La epigenética regula cómo se interpreta la información contenida en el ADN. Factores ambientales, como la luz, la disponibilidad de agua, la temperatura o el estrés biótico, pueden influir en la activación o el silenciamiento de ciertos genes sin modificar la secuencia genética.

¿Las plantas recuerdan para siempre?

La memoria epigenética no siempre se mantiene. En muchos casos, también es importante borrar o restablecer esas marcas. Las plantas cuentan con mecanismos para eliminar la metilación del ADN o revertir ciertas modificaciones de histonas, sobre todo cuando cambian las condiciones del ambiente o cuando una etapa del desarrollo ya ha terminado. Esto les permite ajustar su respuesta, evitar una rigidez excesiva y, en algunos casos, incluso “olvidar” señales pasadas que ya no resultan útiles (Crisp et al., 2016).

Esto también significa que no toda la memoria epigenética se transmite a la siguiente generación. En algunos casos, ciertas marcas pueden conservarse durante la división celular y llegar a heredarse, pero muchas otras se reinician durante la reproducción (Bond y Baulcombe, 2014). Lejos de ser una desventaja, borrar algunas de estas huellas puede resultar útil. Si una planta mantuviera activas para siempre sus respuestas al estrés, podría gastar energía de forma innecesaria o afectar su crecimiento. En ciertos contextos, “olvidar” también forma parte de una buena estrategia de supervivencia. Así, la epigenética vegetal no solo permite recordar, sino también ajustar, resetear y seguir respondiendo con flexibilidad ante un ambiente que cambia constantemente.

¿Por qué importa esta memoria invisible para la agricultura?

Importa porque muchos de los rasgos que más preocupan en la agricultura, por ejemplo, cuándo florece una planta, qué tan bien tolera el frío o el calor, cómo madura un fruto o qué tan resistente es frente al estrés, no dependen solo de sus genes, sino también de cómo se regulan.

Un ejemplo clásico es la vernalización, el proceso por el cual algunas plantas necesitan pasar por un periodo de frío antes de florecer. En este caso, la experiencia del invierno deja una huella epigenética que modifica la actividad de genes clave para la floración. Gracias a esa memoria del frío, la planta evita florecer demasiado pronto y sincroniza mejor su desarrollo con la estación adecuada. En términos agrícolas, esto influye directamente en el tiempo de floración y en la adaptación de los cultivos a distintos climas (Crisp et al., 2016; Hemenway y Gehring, 2023).

Otro caso muy interesante ocurre en el tomate. Durante la maduración del fruto, el gen colorless non-ripening (CNR) presenta alteraciones epigenéticas que afectan significativamente dicho proceso. Además, se ha reportado que al desmetilarse el ADN se activan genes esenciales para que el fruto madure (Figura 2). Esto significa que la epigenética no solo importa para responder al ambiente, sino también para rasgos de calidad agrícola tan importantes como el color, la textura y el momento de cosecha (Xue et al., 2025).

La epigenética también puede influir en la tolerancia al estrés. En arroz, por ejemplo, se ha propuesto que los cambios epigenéticos asociados a genes de respuesta al estrés ayudan a mejorar la tolerancia a la salinidad (Wang et al., 2021; Figura 2). Este mismo efecto se ha observado en condiciones de estrés por calor y frío en distintas plantas y cultivos (Springer y Schmitz, 2017; Harris et al., 2023). En otras palabras, ciertas plantas pueden quedar “preparadas” para responder con mayor eficacia ante condiciones adversas, algo especialmente valioso en un contexto de sequías, olas de calor y suelos degradados que enfrentamos actualmente. Para la agricultura, esto resulta especialmente interesante porque abre la posibilidad de identificar variedades más resilientes e incluso de incorporar variaciones epigenéticas como complemento de la mejora genética tradicional. Por ejemplo, en yuca se ha logrado aumentar la resistencia frente a una enfermedad bacteriana mediante una estrategia de edición del epigenoma. En lugar de modificar la secuencia del ADN, los investigadores dirigieron marcas de metilación a una región reguladora del genoma (el promotor del gen MeSWEET10a) que la bacteria utiliza para activar genes favorables para la infección. Al bloquear ese acceso, la planta se volvió más resistente al patógeno sin afectar su crecimiento normal (Figura 2) (Veley et al., 2023).

En plantas modelo como Arabidopsis, también se han desarrollado estrategias de edición del epigenoma para mejorar la respuesta a la sequía. En este caso, se utilizó una herramienta de edición génica llamada CRISPR/dCas9, unida a una enzima que modifica histonas, con el fin de hacer más accesible una región del ADN asociada con la respuesta al estrés hídrico. Como resultado, las plantas activaron con mayor rapidez los mecanismos de defensa ante la falta de agua y mostraron una mayor tolerancia a la sequía (Figura 2) (Roca Paixão et al., 2019). En conjunto, ambos estudios muestran que la edición del epigenoma puede convertirse en una herramienta precisa para ajustar rasgos de interés en las plantas sin modificar su secuencia genética y que, en el futuro, podría contribuir a abordar problemas agrícolas importantes, como las enfermedades y el estrés ambiental.

Figura 2. Ejemplos de cómo influye la epigenética en rasgos agrícolas de interés. En distintos cultivos y especies vegetales, estos mecanismos participan en procesos como la maduración del fruto, la tolerancia a la salinidad, la resistencia a enfermedades bacterianas y la respuesta a la sequía.

México y el futuro de la epigenética en plantas

La epigenética vegetal está transformando la manera en que entendemos a las plantas. Hoy ya no basta con preguntar qué genes tienen, sino también cómo se activan, cómo se silencian o cómo se ajustan al ambiente. Esto resulta especialmente valioso en un contexto marcado por el cambio climático, la degradación de los suelos, las nuevas presiones sobre la producción de alimentos y la necesidad de desarrollar cultivos más resilientes. Diversos artículos recientes coinciden en que la epigenética puede complementar la genética y abrir nuevas posibilidades para la agricultura del futuro.

Al mismo tiempo, el campo todavía enfrenta preguntas importantes: entre ellas, qué tan estables son las marcas epigenéticas, si producen efectos útiles o duraderos, y cómo interactúan estas señales con el desarrollo y las condiciones del ambiente. Por eso, más que una solución inmediata, la epigenética representa una frontera de conocimiento: un espacio donde la ciencia básica puede generar herramientas más finas para comprender y, en un futuro, mejorar la respuesta de las plantas.

En México, esta perspectiva también abre oportunidades para estudiar cultivos y especies de interés desde nuevos enfoques. En agave, por ejemplo, se ha observado que algunos cambios en las condiciones de cultivo in vitro, como la intensidad de la luz, pueden asociarse con alteraciones en la metilación global del ADN y con variaciones visibles en la pigmentación de Agave angustifolia (Duarte-Aké y Peña, 2023). También se han reportado diferencias genéticas y de metilación en Agave tequilana propagado de forma asexual (Díaz-Martínez et al., 2012), lo que vuelve especialmente interesante explorar cómo la regulación epigenética puede relacionarse con la estabilidad de rasgos importantes en especies de gran relevancia productiva para el país.

En este contexto, también se enmarca el proyecto “Descifrando la epigenética del mango: los siRNAs como pieza clave para su maduración poscosecha”, que busca comprender cómo participan los ARNs pequeños en la regulación epigenética de este fruto. Aunque gran parte del conocimiento disponible proviene de especies más estudiadas, explorar estos mecanismos en plantas como el mango puede ser clave para sentar bases científicas más sólidas y, con el tiempo, contribuir al desarrollo de soluciones innovadoras y más precisas para los desafíos de la agricultura y la poscosecha.

Referencias

1.    Bond, D. M., y Baulcombe, D. C. (2014). Small RNAs and heritable epigenetic variation in plants. Trends in cell biology, 24(2), 100-107.

2.    Crisp, P. A., Ganguly, D., Eichten, S. R., Borevitz, J. O., y Pogson, B. J. (2016). Reconsidering plant memory: Intersections between stress recovery, RNA turnover, and epigenetics. Science advances, 2(2), e1501340.

3.    Díaz-Martínez, M., Nava-Cedillo, A., Guzmán-López, J. A., Escobar-Guzmán, R., y Simpson, J. (2012). Polymorphism and methylation patterns in Agave tequilana Weber var. ‘Azul’ plants propagated asexually by three different methods. Plant Science, 185, 321-330.

4.    Duarte-Aké, F., y Peña, C. D. L. (2023). Exploring the impact of low light intensity on DNA methylation in Agave angustifolia Haw. Albino variant. Journal of the Mexican Chemical Society, 67(3), 251-259.

5.    Harris, C. J., Amtmann, A., y Ton, J. (2023). Epigenetic processes in plant stress priming: Open questions and new approaches. Current Opinion in Plant Biology, 75, 102432.

6.    Hemenway, E. A., y Gehring, M. (2023). Epigenetic regulation during plant development and the capacity for epigenetic memory. Annual Review of Plant Biology, 74(1), 87-109.

7.    Matzke, M. A., Kanno, T., y Matzke, A. J. (2015). RNA-directed DNA methylation: the evolution of a complex epigenetic pathway in flowering plants. Annual review of plant biology, 66, 243-267.

8.    Roca Paixão, J. F., Gillet, F.-X., Ribeiro, T. P., Bournaud, C., Lourenço-Tessutti, I. T., Noriega, D. D., de Melo, B. P., de Almeida-Engler, J., y Grossi-de-Sa, M. F. (2019). Improved drought stress tolerance in Arabidopsis by CRISPR/dCas9 fusion with a Histone AcetylTransferase. Scientific Reports, 9(1), 8080.

9.    Springer, N. M., y Schmitz, R. J. (2017). Exploiting induced and natural epigenetic variation for crop improvement. Nature reviews genetics, 18(9), 563-575.

10. Veley, K. M., Elliott, K., Jensen, G., Zhong, Z., Feng, S., Yoder, M., Gilbert, K. B., Berry, J. C., Lin, Z.-J. D., Ghoshal, B., Gallego-Bartolomé, J., Norton, J., Motomura-Wages, S., Carrington, J. C., Jacobsen, S. E., y Bart, R. S. (2023). Improving cassava bacterial blight resistance by editing the epigenome. Nature communications, 14(1), 85.

11. Wang, L., Cao, S., Wang, P., Lu, K., Song, Q., Zhao, F. J., Chen, Z. J. (2021). DNA hypomethylation in tetraploid rice potentiates stress-responsive gene expression for salt tolerance. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(13), e2023981118.

12. Xue, Y., Cao, X., Chen, X., Deng, X., Deng, X. W., Ding, Y., Dong, A., Duan, C.-G., Fang, X., Gong, L., Gong, Z., Gu, X., He, C., He, H., He, S., He, X.-J., He, Y., He, Y., Jia, G., Jiang, D., Jiang, J., Lai, J., Lang, Z., Li, C., Li, Q., Li, X., Liu, B., Liu, B., Luo, X., Qi, Y., Qian, W., Ren, G., Song, Q., Song, X., Tian, Z., Wang, J.-W., Wang, Y., Wu, L., Wu, Z., Xia, R., Xiao, J., Xu, L., Xu, Z.-Y., Yan, W., Yang, H., Zhai, J., Zhang, Y., Zhao, Y., Zhong, X., Zhou, D.-X., Zhou, M., Zhou, Y., Zhu, B., Zhu, J.-K., y Liu, Q. (2025). Epigenetics in the modern era of crop improvements. Science China Life Sciences, 68(6), 1570-1609.