Las plantas responden a las condiciones ambientales adversas mediante la inducción de mecanismos de respuestas esenciales a nivel molecular, bioquímico y fisiológico, incluyendo las modificaciones epigenéticas. Las modificaciones epigenéticas se refieren a cambios en el genoma sin alterar su secuencia y estos cambios permiten activar o apagar genes. Se han descrito tres mecanismos epigenéticos, siendo la metilación del ADN, el proceso mejor estudiado en plantas no modelo. La metilación consiste en la adición de un grupo metilo en el código genético, específicamente en las citosinas. 

Se ha observado que la metilación modula los genes de respuesta al estrés, lo que le da un rol clave en las funciones claves del crecimiento, desarrollo y adaptación en las plantas. En ese sentido, la evidencia ha demostrado que un menor número de citosinas metiladas en las regiones promotoras de los genes de respuesta a estrés se asocia con una regulación positiva de la transcripción génica y, por lo tanto, con una mayor inducción de estos, lo que se traduce en una mayor tolerancia al estrés (fig. 1). 

Por otro lado, el cambio climático está alterando los patrones de temperatura global, incluyendo un aumento promedio de la temperatura anual y una mayor frecuencia de eventos de altas y bajas temperaturas. Estas variaciones representan un desafío para las especies vegetales, especialmente en ecosistemas fríos como la Antártica, en el cual se encuentran dos especies de plantas vasculares: pasto antártico (Deschampsia antarctica) y clavelito antártico (Colobanthus quitensis); y si bien el aumento de temperatura podría mejorar su crecimiento y distribución, los eventos de frío extremo podrían reducir su tolerancia y supervivencia especialmente en C. quitensis, dado que sus mecanismos de tolerancia son menos robustos en comparación a D. antarctica. Es por ello que, en este proyecto titulado “Efecto de las bajas temperaturas y el cambio climático en la regulación epigenética de genes clave en respuesta al frío en la planta antártica Colobanthus quitensis”, financiada por el programa de apoyo a tesis de postgrado INACH, se evaluó cómo C. quitensis responde a diferentes condiciones de temperatura. 

Para llevar a cabo esta investigación, se recolectaron individuos de tres sitios en la Antártica marítima: la isla Rey Jorge (en cercanías de la base polaca Arctowski), Biscoe Point y la isla Lagotellerie. Los individuos recolectados fueron propagados vegetativamente en condiciones controladas y expuestos a dos tratamientos térmicos: condiciones actuales de la Antártica (4 °C) y condiciones proyectadas debido al cambio climático (8 °C). Posteriormente, los individuos en la condición proyectada fueron sometidos a un evento simulado de frío (4 °C por 12 horas) y se analizaron sus respuestas fisiológicas, así como también respuestas moleculares y epigenéticas en genes clave de respuesta al frío (CqICE1, CqDREB1 y CqCOR47). 

Se observó que los individuos sometidos a eventos de frío experimentaron una recuperación gradual en su eficiencia fotosintética tras 12 horas de exposición, lo que sugiere que las plantas poseen mecanismos de aclimatación que les permiten adaptarse parcialmente a condiciones adversas. Respecto a las respuestas moleculares, los genes de respuesta al frío mostraron una inducción significativa bajo condiciones actuales de temperatura (4 °C) en comparación con la temperatura proyectada (8 °C).

Además, la inducción de genes se correlacionó con el número de citosinas metiladas, revelando diferencias significativas en los niveles de metilación entre condiciones actuales y proyectadas. Las plantas mantenidas bajo condiciones proyectadas mostraron mayores niveles de metilación y, por lo tanto, una menor inducción de genes de respuesta al frío, sugiriendo que la metilación juega un papel crucial en la regulación de las respuestas al frío y podría influir en la capacidad de adaptación de las plantas.

Los resultados de este estudio indican que la vulnerabilidad de C. quitensis a eventos de frío podría incrementarse bajo escenarios de cambio climático debido a mayores niveles de metilación en genes clave, lo que limita su capacidad de respuesta. Además, las diferencias observadas entre poblaciones sugieren que las respuestas estarían influenciadas por las características locales del sitio de origen y, si consideramos un escenario de cambio climático, estas modificaciones epigenéticas podrían aumentar la vulnerabilidad de las plantas limitando su capacidad de adaptación. 

Resultados similares se han observado en especies como Arabidopsis thaliana y Hevea brasiliensis, lo que pone de manifiesto la importancia del estudio de respuestas epigenéticas bajos distintos escenarios ambientales. Por lo tanto, futuras investigaciones deberían integrar los efectos de los eventos de temperatura extrema en las proyecciones de crecimiento poblacional de plantas antárticas, considerando que el aumento de temperatura no necesariamente mejorará el desempeño de C. quitensis, por lo que la plasticidad fenotípica y epigenética de esta planta podría ser clave para su supervivencia en un entorno cambiante.

Figura 1. Diagrama conceptual de la metilación. A: La región promotora puede metilarse inactivando un gen. B: Gen activado al no tener citosinas metiladas en la región promotora.