Secuenciación del genoma de un arroz mutante podría acelerar la investigación de biocombustibles

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El arroz es un alimento básico para más de la mitad de la población mundial y un modelo para estudios de plantas bioenergéticas candidatas como el sorgo, el pasto varilla y Miscanthus. A fin de optimizar los cultivos para la producción de biocombustibles, los científicos están buscando identificar genes que controlan rasgos clave como el rendimiento, la resistencia a las enfermedades y la eficiencia del uso del agua.

Las poblaciones de plantas mutantes, cada una con uno o más genes alterados, son una herramienta importante para elucidar la función de ciertos genes. Con la secuenciación de todo el genoma en el nivel de un solo nucleótido, los investigadores pueden inferir las funciones de los genes mediante la observación de la ganancia o pérdida de rasgos particulares. Pero la utilidad de las colecciones existentes de mutantes de arroz ha sido limitada por varios factores, incluyendo el ciclo de vida relativamente largo de seis meses de los cultivares y la falta de información de secuencias para la mayoría de las líneas mutantes.

En un artículo publicado en The Plant Cell, un equipo dirigido por Pamela Ronald, profesora del Centro de Genoma y del Departamento de Patología de Plantas de UC Davis y Directora de Grass Genetics del Departamento de Energía del en el Instituto Conjunto de Bioenergía (JBEI), junto a colaboradoes del Instituto Conjunto del Genoma DOE, reportó el primer genoma secuenciado de un mutante de Kitaake (producido mediante radiación), una variedad de arroz modelo por su ciclo de vida corto.

El arroz Kitaake (Oryza sativa L. ssp. Japonica) completa su ciclo de vida en sólo nueve semanas y no es sensible a los cambios del fotoperiodo. Esta nueva colección acelerará la investigación genética funcional en el arroz y otras plantas monocotiledóneas, un tipo de planta con flores que incluye las gramíneas – o cereales.

“Algunas de las variedades de arroz más populares usan ahora sólo dos generaciones por año. Kitaake tiene hasta cuatro, lo que realmente acelera el trabajo de genómica funcional”, dijo Guido Li, un científico del proyecto en el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y subdirector de Grass Genetics en JBEI.

En un estudio piloto publicado anteriormente, Li, Mawsheng Chern y Rashmi Jain, coautores del estudio, demostraron que la irradiación produjo mutaciones abundantes y diversas en Kitaake, incluyendo sustituciones, deleciones, inserciones, inversiones, translocaciones y duplicaciones. Otras técnicas que se han utilizado para generar poblaciones de mutantes de arroz, tales como la inserción de segmentos de genes y cromosomas y el uso de herramientas de edición de genes como CRISPR-Cas9, generalmente produce un solo tipo de mutación, observó Li.

“La irradiación por neutrones libres causa diferentes tipos de mutaciones y da diferentes alelos de genes para que realmente podamos obtener algo que no es alcanzable en otras colecciones”, dijo.

Todo el genoma secuenciado de esta población mutante (1.504 líneas en total con 45 veces la cobertura) permitió a los investigadores identificar cada mutación en una resolución de un solo nucleótido. Identificaron 91.513 mutaciones que afectaron a 32,307 genes – un 58% de todos los genes en el genoma del arroz que es de aproximadamente 389 megabases. La alta proporción de estas fueron mutaciones de pérdida de función (el gen ya no expresa la proteína o función previa).

Utilizando esta colección mutante, el grupo de Grass Genetics identificó una inversión que afecta a un gen único como la mutación causante del fenotipo de grano corto, eso fue en una línea mutante de una población con solo 50 plantas. En contraste, los investigadores necesitaban más de 16.000 plantas para identificar el mismo gen utilizando el método convencional.

“Esta comparación demuestra claramente el poder de la población secuenciada mutante para el análisis genético rápido”, dijo Ronald.

Este catálogo de mutaciones de alta densidad y alta resolución ofrece a los investigadores la oportunidad de descubrir nuevos genes y elementos funcionales que controlan diversas vías biológicas. Para facilitar el acceso abierto a este recurso, el grupo Grass Genetics ha establecido un portal web llamado KitBase, que permite a los usuarios encontrar información relacionada con la colección de mutantes, incluyendo secuencia, mutación y datos fenotípicos para cada línea de arroz.


 

 

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Autor entrada: REDACCION

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