La soja supera a todas las demás leguminosas como fuente de proteínas del reino vegetal, proporcionando una fuente de proteínas clave para los seres humanos y el ganado en todo el mundo.
por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Y ahora, después de 30 años, los científicos de la Universidad de Illinois han identificado el gen con el mayor impacto en la proteína de la semilla de soya.
«La soya contiene alrededor de un 40 % de proteína , y este gen aumenta esa cantidad en aproximadamente un 2 %. No parece mucho, pero en comparación con cualquier otro gen de proteína de semilla que se haya mapeado para la soya, es al menos el doble», dice Brian Diers. , el Presidente Charles Adlai Ewing de Genética y Mejoramiento de la Soja en el Departamento de Ciencias de los Cultivos y coautor del estudio en The Plant Journal .
El coautor Matt Hudson, profesor de Bioinformática en Ciencias de los Cultivos, agrega: «Si pudiéramos poner la forma rica en proteína del gen en variedades cultivadas comercialmente, estaríamos viendo un aumento significativo en la proteína para el ganado y los humanos en todo el mundo como incluso un un aumento de un solo punto porcentual en la concentración de proteína representaría millones de toneladas de proteína. Eso es bastante significativo».
En 1992, el entonces estudiante de posgrado Diers publicó el primer mapa de proteínas de semillas de soja. Aunque identificó la región del genoma donde podría estar ubicado el gen, se necesitaron tres décadas, muchos avances tecnológicos y la publicación de dos genomas de soja para concretar el gen específico: Glyma.20G85100, un gen sin una función conocida pero estrechamente relacionados con genes de «reloj y ritmo circadiano».
«Es gratificante hacer el viaje desde ser un joven estudiante de posgrado entusiasta, muy entusiasmado con este hallazgo, hasta finalmente determinar cuál es el gen», dice Diers. «Pero si vuelvo a mí mismo hace 30 años, nunca podría haber imaginado que hubiera tomado tanto tiempo. Pero más vale tarde que nunca».
Identificar un gen como este es complicado porque es uno de los muchos loci de rasgos cuantitativos: ubicaciones dentro del genoma que contribuyen a rasgos continuos como la altura de la planta, el rendimiento o, en este caso, el contenido de proteínas.
Los investigadores tienen que hacer crecer las plantas, medir el contenido de proteína y luego profundizar en el genoma para encontrar diferencias genéticas correlacionadas entre plantas con diferentes cantidades de proteína. Es posible que esas diferencias genéticas no sean detectables, o que solo se puedan rastrear hasta grandes secciones del genoma.
Diers dice que originalmente asignó el gen a una sección de un cromosoma de varios millones de pares de bases de ADN de largo. Pero al probar generación tras generación de plantas que portaban el gen dentro de regiones genéticas más pequeñas, lo redujo lentamente.
«Tuvimos que examinar miles y miles de plantas y luego evaluarlas con marcadores para ver si encontrábamos una asociación. Fue muy laborioso y tuvimos muchos estudiantes y posdoctorados trabajando en esto a lo largo de los años», dice Diers.
Como la mayoría de los genes , Glyma.20G85100 se presenta en múltiples formas o alelos . Según el alelo que se encuentre en una línea de soja en particular, el contenido de proteína de la semilla puede ser alto o bajo. Y resulta que la mayoría de las líneas comerciales de soja contienen el alelo bajo en proteínas.
«Desafortunadamente, descubrimos que el alelo alto en proteínas tiene un efecto nocivo en el rendimiento. Por lo tanto, las variedades de élite, que se cultivan para obtener un alto rendimiento, generalmente tienen la forma baja en proteínas», dice Diers.
El descubrimiento del gen se complica por un vínculo turbio entre el gen y su papel en el aumento del contenido de proteínas.
«Esperábamos que cuando finalmente encontráramos el gen, estaría involucrado en algo obvio, por ejemplo, la fijación de nitrógeno o el metabolismo del nitrógeno», dice Diers. «Pero resulta que realmente no es lo que cabría esperar de un gen que controla una proteína».
En cambio, el gen parece ser parte de la maquinaria circadiana de la planta de soya; la forma en que la planta realiza un seguimiento del tiempo para maximizar la fotosíntesis durante el día, determinar cuándo florecer y producir semillas, y muchos otros procesos.
«Es absolutamente una parte estándar del reloj circadiano que se conserva entre casi todas las plantas. Parece que un transposón, o un gen saltador, aterrizó en ese gen del reloj circadiano e insertó un montón de nuevos aminoácidos en medio del dominio conservado «, dice Hudson. «Podría ser que el gen esté involucrado en el movimiento de los productos de la fotosíntesis hacia la semilla o podría ser una vía completamente no relacionada. Es extraño y realmente no lo sabemos».
Independientemente de cómo funcione, identificar el gen con la mayor contribución individual al contenido de proteína de soja podría tener consecuencias importantes para la seguridad alimentaria mundial.
«Si podemos entender el mecanismo, eso debería darnos algunas pistas sobre cómo podemos aumentar la proteína sin disminuir el rendimiento», dice Diers.
Hudson agrega: «Hay problemas significativos con la deficiencia de proteínas en muchas partes del mundo. Incluso un aumento modesto en las proteínas podría ser muy útil».
