El crecimiento y el desarrollo de todos los organismos dependen de la regulación coordinada de la expresión genética en el tiempo y el espacio, y esto está controlado en gran medida por secuencias no codificantes del genoma.
por Donald Danforth Centro de Ciencias Vegetales
Un desafío importante en la mejora de los cultivos mediante la genómica es la anotación funcional de elementos reguladores cis en los genomas de los cultivos y la capacidad de aprovechar estas secuencias, ya sea mediante el mejoramiento genético o la biotecnología, para ajustar las vías objetivo con una alteración mínima de las redes complejas en las que residen.
Un equipo de investigadores dirigido por Andrea Eveland, Ph.D., miembro asistente del Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth, ha mapeado el genoma no codificante, «funcional», del maíz durante una ventana de desarrollo temprana crítica para la formación de borlas portadoras de polen y espigas portadoras de granos.
Al integrar información sobre la estructura de la cromatina, los perfiles de transcripción y los estudios de asociación de todo el genoma , sus análisis brindan una visión integral de la regulación de la diferenciación de la inflorescencia en un importante cultivo de cereales, que en última instancia da forma a la arquitectura e influye en el potencial de rendimiento. Este estudio de Parvathaneni y Bertolini et al., «El panorama regulatorio del desarrollo temprano de la inflorescencia del maíz», se publicó el 6 de julio de 2020 en la revista Genome Biology .
«Tenemos una buena idea de los principales controladores del desarrollo de la inflorescencia en el maíz gracias a años de estudios de genética clásica», dijo Eveland. «Pero simplemente eliminar su función o expresarlos de manera constitutiva por lo general no da como resultado un maíz de mayor rendimiento. Necesitamos aprender a ajustar su expresión con precisión en el espacio y el tiempo para lograr resultados óptimos. Este estudio sirve como base para hacerlo».
Durante el último siglo, la cría y el mejoramiento del maíz a partir de híbridos han permitido seleccionar panojas más pequeñas que interceptan menos luz y absorben menos recursos, y mazorcas más grandes y productivas. Dado que la panoja y la mazorca se desarrollan mediante un programa de desarrollo común, para mejorar aún más los rasgos de la mazorca será necesario desvincular este programa, por ejemplo, mediante elementos reguladores específicos de la panoja o de la mazorca. Comprender cómo se regulan de forma diferente los mismos genes en la panoja y en la mazorca, y utilizar esta especificidad para controlar uno sobre el otro, mejorará los esfuerzos de mejoramiento del maíz.
La investigación de Eveland se centra en los mecanismos de desarrollo que controlan los rasgos arquitectónicos de las plantas en los cultivos de cereales. En concreto, investiga cómo se forman los órganos de las plantas a partir de células madre y cómo la variación en las redes reguladoras de genes subyacentes puede modular con precisión la forma de la planta. Su equipo integra enfoques tanto computacionales como experimentales para explorar cómo las perturbaciones de estas redes de genes pueden alterar la morfología, tanto dentro de una especie como en las gramíneas, con el objetivo final de definir objetivos para mejorar el rendimiento de grano en los cereales.
Además del equipo de Eveland, entre los coautores se incluyen investigadores de la Universidad Estatal de Florida, la Universidad de California en Davis y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. La investigación colaborativa fue financiada por el PGRP de la Fundación Nacional de Ciencias en premios a Eveland y al coautor Alexander Lipka, Ph.D. (UIUC) para identificar la variación regulatoria para mejorar las características de rendimiento del maíz, y a Hank Bass, Ph.D. (FSU) para aplicar técnicas de perfilado de cromatina a importantes especies de cultivos agronómicos.
Más información: Rajiv K. Parvathaneni et al, El panorama regulatorio del desarrollo temprano de la inflorescencia del maíz, Genome Biology (2020). DOI: 10.1186/s13059-020-02070-8
