La modificación de inflorescencias con mayor capacidad de grano es vital para la producción de granos de cultivo. Un objetivo recurrente es seleccionar inflorescencias con más ramas o estructuras florales.
por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo
Los ejemplos destacados incluyen genes que afectan la identidad floral o la determinación del meristema, para los cuales las variantes naturales o inducidas cambian profundamente el número de primordios florales. Sin embargo, para los cultivos de cereales de clima templado, como el trigo y la cebada, las estructuras florales excesivas pueden resultar en una penalización por degeneración debido a la naturaleza indeterminada de los meristemas. Por otro lado, la manifestación de este potencial reproductivo puede verse acentuada por fluctuaciones ambientales como luz, temperatura y nutrición. El aumento de la fracción de floretes/espiguillas supervivientes puede mejorar el rendimiento de grano en los cereales.
Ahora, los investigadores de IPK revelaron un mecanismo no reconocido previamente por el cual las señales en la vasculatura de la inflorescencia de cebada controlan la diferenciación de plástidos y la señalización de nutrientes, lo que sustenta el crecimiento del meristemo floral heterótrofo y el éxito reproductivo. Sus resultados prueban que el reloj circadiano de la vasculatura es necesario para un cambio oportuno del estado de iniciación de primordios florales al estado de crecimiento.
Mediante la disección y el fenotipado de meristemas florales a gran escala, los investigadores muestran que aproximadamente el 40% de los primordios florales iniciados establecen granos, mientras que el resto se aborta, lo que representa un potencial de rendimiento sin explotar. «Además, mostramos que el número de primordios florales iniciados está determinado en gran medida por los genes del tiempo de floración, pero el destino de los primordios florales distales está controlado por al menos tres loci de rasgos cuantitativos independientes», dice el Dr. Yongyu Huang, primer autor del estudio. .
«Identificamos por primera vez un gen de la familia de motivos CCT expresado en vasos ( HvCMF4 ) que se requiere para el crecimiento de primordios de espiguillas y la polinización exitosa», dice el Dr. Yongyu Huang. Además, el equipo de investigación demostró que HvCMF4 funciona específicamente después del inicio de los primordios de espiguillas a través del cableado del reloj circadiano de la vasculatura de la inflorescencia para controlar el enverdecimiento del tejido vecino; y por lo tanto, la producción de energía autótrofa. «Este mecanismo de determinación del número de granos no se ha descrito antes y parece ser exclusivo de la especie Triticeae , que presenta un enverdecimiento temprano de la inflorescencia durante la iniciación y diferenciación de las espiguillas».
«Nuestro estudio evoca una nueva vía para aumentar el rendimiento del grano, destacando la posibilidad de aumentar el número de granos no solo ganando más primordios florales sino también llevándolos hasta la madurez», dice el Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch, jefe del grupo de investigación de IPK «Plant Arquitectura» y Profesor de Genética del Desarrollo de Plantas de Cultivo en la Universidad Martin Luther de Halle. «Dado que la cebada se encuentra entre los cultivos de cereales más importantes del mundo (el cuarto después del arroz, el maíz y el trigo), explotar mejor su potencial de rendimiento de grano puede contribuir a la seguridad alimentaria mundial y, por lo tanto, ayudar directamente a luchar contra las amenazas de hambre impuestas por el cambio climático, desastres naturales o de guerra».
Más información: Yongyu Huang et al, Un marco molecular para la determinación del número de granos en la cebada, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add0324 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add0324
