Para resolver los desafíos mundiales en materia de alimentos, piensos y bioenergía se requiere la integración de múltiples enfoques y diversas habilidades. Andrea Eveland, Ph.D., miembro asistente del Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth, y su equipo identificaron un mecanismo genético que controla los rasgos de desarrollo relacionados con la producción de granos en los cereales.
Por Melanie Bernds, Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth
El trabajo se realizó en Setaria viridis, un sistema modelo emergente para gramíneas que está estrechamente relacionado con cultivos de cereales económicamente importantes y materias primas para la producción de bioenergía, como el maíz, el sorgo, el pasto varilla y la caña de azúcar.
Los resultados de la investigación del laboratorio de Eveland, «Brassinosteroids modulate meristem fate and differentiation of unique inflorescence morphology in Setaria viridis», se publicaron recientemente en la revista The Plant Cell . En su estudio, Yang et al. mapearon un locus genético en el genoma de S. viridis que controla el crecimiento de ramas estériles llamadas cerdas, que se producen en las inflorescencias portadoras de granos de algunas especies de gramíneas. Su investigación reveló que estas cerdas estériles están programadas inicialmente para ser espiguillas; estructuras específicas de las gramíneas que producen flores y granos. El trabajo de Eveland mostró que la conversión de una espiguilla en una cerda está determinada temprano en el desarrollo de la inflorescencia y regulada por una clase de hormonas vegetales llamadas brasinoesteroides (BR), que modulan una variedad de procesos fisiológicos en el crecimiento, desarrollo e inmunidad de las plantas. Además de convertir una estructura estéril en una que contiene semillas, la investigación también mostró que la interrupción localizada de la síntesis de BR puede conducir a la producción de dos flores por espiguilla en lugar de la única que se forma típicamente. Por lo tanto, estos fenotipos dependientes de BR representan dos vías potenciales para mejorar la producción de granos de mijo, incluidos cultivos de subsistencia en muchos países en desarrollo que siguen en gran medida sin explotar para el mejoramiento genético.
«Este trabajo es una gran demostración de cómo se puede aprovechar la Setaria viridis para obtener conocimientos fundamentales sobre los mecanismos que rigen la producción de semillas en las gramíneas, nuestro grupo de plantas más importante , que incluye el maíz, el sorgo, el arroz, el trigo y la cebada», dijo Thomas Brutnell, Ph.D., Director del Instituto Empresarial para Combustibles Renovables del Centro Danforth. «También vale la pena señalar que este proyecto fue concebido y el trabajo se inició después de que la Dra. Eveland se uniera al Centro Danforth, una hazaña impresionante para un miembro joven de la facultad que habla tanto de las ventajas de trabajar en un sistema modelo como del gran equipo que ha reunido en el Centro Danforth».
En el Centro Danforth, 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.
«Las herramientas genéticas y genómicas que están surgiendo para Setaria permiten una disección más rápida de vías moleculares como ésta, y nos permiten manipularlas directamente en un sistema que está estrechamente relacionado con los cultivos alimentarios que pretendemos mejorar», afirmó Eveland. «Significa que estamos mucho más cerca de diseñar e implementar arquitecturas óptimas para cultivos de cereales. La perspectiva de aprovechar estos hallazgos para mejorar gramíneas relacionadas que también son especies de cultivos huérfanos, como el mijo perla y el mijo cola de zorra, es especialmente emocionante».
Más información: Jiani Yang et al., Los brasinoesteroides modulan el destino del meristemo y la diferenciación de la morfología única de la inflorescencia en Setaria viridis, The Plant Cell (2017). DOI: 10.1105/tpc.17.00816
