Por Vicente Colot Director de Investigación, École normale supérieure (ENS) – PSL y Pierre Baduel Investigador en Genética, École Normale Supérieure (ENS) – PSL ¿Cómo funciona la herencia? O, en otras palabras, ¿a través de qué mecanismos moleculares puede un organismo transmitir ciertas características a su descendencia mediante la reproducción sexual? Desde la década de 1940, se sabe que el ADN contiene información genética que se transmite de generación en generación. Sin embargo, diversas observaciones en plantas indican que no todas las diferencias hereditarias observadas entre individuos, como el retraso en la floración o los cambios en la pigmentación del maíz , se deben a mutaciones en la secuencia de ADN. En nuestro estudio publicado en noviembre de 2025 en Science , demostramos que la epigenética contribuye, en las plantas, a las diferencias hereditarias entre individuos, particularmente en respuesta a estreses ambientales como la sequía. Las modificaciones epigenéticas no afectan la secuencia de ADN en sí, sino su capacidad para promover o inhibir la expresión génica. En nuestro estudio, dilucidamos algunos de los mecanismos por los cuales las modificaciones epigenéticas, en este caso la metilación del ADN (véase el recuadro), pueden transmitirse en plantas a lo largo de decenas de generaciones o, por el contrario, restaurarse rápidamente a su estado inicial. El misterio de la planta de floración tardía Arabidopsis thaliana es una planta ampliamente utilizada por la ciencia, tanto que se considera una "planta modelo". Cuando se observó un retraso significativo en la floración en una cepa de laboratorio de A. thaliana en el año 2000 , la investigación se centró, como era de esperar, en identificar la mutación en la secuencia de ADN potencialmente responsable de este retraso. Sin embargo, no se identificó ninguna mutación relacionada con este retraso. La causa: una pérdida de metilación del ADN en un gen denominado FWA . ¿Qué es la metilación del ADN? Se dice que el ADN está metilado cuando presenta una modificación química particular: se trata de un grupo químico "metil-" añadido al anillo de ciertas bases (citosina, abreviado C) del ADN. En las plantas, la metilación del ADN es comúnmente inhibitoria, lo que significa que limita la expresión de genes vecinos, cuando está densamente presente en todas las citosinas en una región determinada. En los mamíferos, la metilación del ADN se encuentra solo en el contexto CG (una citosina seguida de una guanina) y es inhibitoria cuando está presente en regiones densas en CG, llamadas islas CG. Normalmente, el gen FWA de A. thaliana , que codifica un represor de la floración, está metilado, lo que lo vuelve "silenciado", es decir, no se expresa. En la cepa de laboratorio que presenta floración retardada, la metilación de este gen se ha perdido accidentalmente; el gen FWA se reactiva entonces, lo que provoca la floración retardada. Sin embargo, esta pérdida de metilación de FWA se transmite fielmente a la descendencia durante al menos varias docenas de generaciones. Esto explica la herencia de la floración tardía… aunque la secuencia del gen FWA (¡y el resto del genoma!) permanece inalterada. ¿Por qué se hacen tales observaciones en plantas y no en mamíferos? Los mamíferos, al igual que las plantas, utilizan la metilación del ADN para regular la expresión génica (véase el recuadro anterior). Sin embargo, no existen rasgos epigenéticos heredables en animales salvajes (aunque existen ejemplos en el laboratorio que utilizan secuencias transgénicas de mamíferos ). La razón aún no está claramente establecida, pero la comunidad científica sospecha que existen diferencias en cómo estos dos grupos de organismos reprograman la metilación del ADN en cada generación. De hecho, ahora sabemos que los mamíferos, pero no las plantas, borran y restauran casi por completo la metilación del ADN a lo largo de su genoma con cada generación . Por lo tanto, las alteraciones accidentales en el estado de metilación de las secuencias genómicas serían más fácilmente heredables en las plantas. Aunque llamativos, los ejemplos descritos hasta ahora de dicha herencia "epigenética" (como en el caso de FWA ) no han permitido establecer los mecanismos que gobiernan este modo adicional de transmisión de caracteres. Ésta es la cuestión que hemos abordado: comparando sistemáticamente líneas experimentales y naturales de A. thaliana , hemos obtenido una primera demostración formal del alcance de la heredabilidad epigenética en la naturaleza (en las plantas) y de los mecanismos que la gobiernan. Herencia epigenética en nuestras líneas celulares de laboratorio Para ello, en primer lugar utilizamos líneas experimentales de A. thaliana generadas y caracterizadas a lo largo de veinte años por nuestro equipo y que difieren únicamente en sus estados de metilación del ADN a lo largo del genoma. Más específicamente, localizamos intencionalmente las diferencias en la metilación del ADN en "elementos transponibles" o "transposones" (véase el recuadro a continuación). De hecho, en las plantas, los elementos transponibles son los principales objetivos de la metilación del ADN, lo que limita su actividad, pero también puede afectar la actividad de los genes vecinos. Hemos demostrado así que, para 7.000 elementos transponibles presentes a lo largo del genoma de A. thaliana , una pérdida de metilación del ADN puede heredarse a lo largo de al menos diez generaciones, a veces hasta 20… y probablemente muchas más, pero no infinitamente. Al estudiar esta transmisión epigenética en detalle en más de un centenar de líneas experimentales, hemos establecido que cuanto más presente está un elemento transponible en un gran número de copias en el genoma, más es el objetivo de un control epigenético intenso y, por lo tanto, más rápidamente se restaura la metilación del ADN en este elemento durante la reproducción sexual . En la naturaleza Basándonos en estos resultados, nos propusimos buscar en 700 líneas de A. thaliana aisladas en la naturaleza pérdidas hereditarias de metilación del ADN de la misma magnitud y en los mismos 7.000 elementos transponibles. Resultado: aproximadamente mil elementos transponibles (es decir, más del 15% de los 7.000 estudiados) presentan, en al menos un linaje natural, una pérdida hereditaria de metilación del ADN muy similar a la inducida experimentalmente en líneas de laboratorio. Además, hemos demostrado que esta pérdida de metilación del ADN suele heredarse independientemente de las variaciones en la secuencia de ADN entre linajes naturales y que, por tanto, es de naturaleza epigenética. Así pues, el potencial de transmisión epigenética revelado experimentalmente en el laboratorio es de hecho un reflejo, al menos en parte, de lo que sucede en la naturaleza. El vínculo con los factores estresantes ambientales Sin embargo, una diferencia importante distingue las variaciones epigenéticas experimentales de las que se encuentran en la naturaleza: mientras que las primeras afectan a todo tipo de elementos transponibles sin discriminación, las segundas se restringen preferentemente a aquellos ubicados cerca de los genes, particularmente genes involucrados en la respuesta a estreses bióticos (respuesta a patógenos) o abióticos (variación de la temperatura o la humedad, por ejemplo). Este enriquecimiento es tanto más significativo en sus implicaciones cuanto que hemos podido establecer claramente que, al igual que su contraparte experimental, las variaciones epigenéticas naturales modulan la expresión de genes vecinos. Por ejemplo, la pérdida de la metilación del ADN de un elemento transponible ubicado cerca de un gen involucrado en la respuesta al frío y la sequía multiplica por cinco la inducción de dicho gen. Además, las líneas experimentales que portan este elemento transponible en su forma desmetilada responden más rápidamente a la sequía que las que portan la versión metilada. Ahora bien, las líneas naturales que portan la versión desmetilada provienen de regiones del mundo donde las heladas y la sequía son más frecuentes en verano, lo que sugiere que la pérdida de la metilación del ADN está sujeta a la selección natural. El origen de estas pérdidas de metilación del ADN en la naturaleza aún no se ha establecido. Una hipótesis es que el entorno desempeña un papel inductor, pero nuestras observaciones y una revisión exhaustiva de la literatura ofrecen poco respaldo a esta teoría. Creemos, más bien, que estas variantes hereditarias de metilación del ADN aparecen de forma aleatoria y recurrente, y posteriormente son seleccionadas por el entorno en función de su impacto en la expresión génica. Si bien estos estudios ciertamente no ponen en duda la importancia predominante de las variaciones en la secuencia de ADN en el origen de las diferencias hereditarias entre individuos, demuestran, sin embargo, que las variaciones epigenéticas también pueden contribuir significativamente, al menos en las plantas. ****El proyecto "Considerando los elementos transponibles y su variación epigenética en los estudios de la relación genotipo-fenotipo — STEVE" cuenta con el apoyo de la Agencia Nacional de Investigación (ANR), que financia la investigación basada en proyectos en Francia.