El arroz domesticado tiene semillas más gordas y con mayor contenido de almidón que sus parientes del arroz silvestre, resultado de muchas generaciones de clasificación y siembra preferenciales de semillas.
por la Universidad de Washington en St. Louis
Pero aunque el arroz fue el primer cultivo en secuenciarse completamente, los científicos sólo han documentado algunos de los cambios genéticos que convirtieron al arroz en un alimento básico para más de la mitad de la población mundial.
Una nueva investigación ahora encuentra que una cantidad considerable de cambios relacionados con la domesticación en el arroz refleja la selección de rasgos que están determinados por una porción del genoma que no transcribe proteínas.
Xiaoming Zheng, biólogo del Instituto de Ciencias de los Cultivos de la Academia China de Ciencias Agrícolas, es el primer autor de un artículo recientemente publicado en Science Advances : «Los análisis de todo el genoma revelan el papel de la variación no codificante en rasgos complejos durante la domesticación del arroz . «. Qingwen Yang y Jun Liu, también del Instituto de Ciencias de los Cultivos de la Academia China de Ciencias Agrícolas, y Kenneth M. Olsen de la Universidad de Washington en St. Louis también son autores comunicantes de este artículo.
Se sospecha que los ARN no codificantes desempeñan funciones muy importantes en la regulación del crecimiento y el desarrollo, pero apenas están comenzando a caracterizarse.
«A pesar de casi 20 años de genómica y estudios de domesticación de cultivos basados en el genoma, todavía sabemos muy poco sobre la base genética de la mayoría de los rasgos de domesticación en la mayoría de las especies de cultivos«, dijo Olsen, profesor de biología en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington.
«Los primeros estudios tendían a buscar ‘fruta madura’: rasgos simples que estaban controlados por sólo uno o dos genes con mutaciones fácilmente identificables», dijo Olsen. «Mucho más difícil es descubrir los cambios de desarrollo más sutiles que fueron críticos para muchos de los cambios durante la domesticación de los cultivos.
«Este estudio ofrece un paso en esa dirección, al examinar un mecanismo regulador que ha sido fundamental para modular los cambios asociados a la domesticación en el desarrollo del grano de arroz».
Diversidad de rasgos
Una gran proporción del ADN de los cromosomas de muchas plantas y animales comprende genes que no codifican instrucciones para producir proteínas (hasta el 98% del genoma de una especie determinada). Pero esta información genética no se comprende bien. Algunos científicos han llamado a esto la «materia oscura» del genoma, o incluso lo han descartado como «ADN basura», pero parece haber desempeñado un papel enorme en el desarrollo del arroz.
En este estudio, los investigadores descubrieron que los cambios clave que ocurrieron durante la domesticación del arroz hace más de 9.000 años podrían estar relacionados con moléculas llamadas ARN no codificantes largos (lncRNA), una clase de moléculas de ARN con una longitud de más de 200 nucleótidos.
Alrededor del 36 por ciento de la información genética registrada en el genoma del arroz se puede rastrear hasta regiones no codificantes, pero más del 50 por ciento de la diversidad de rasgos importantes para la agricultura está vinculada a estas mismas áreas, encontraron los investigadores.
«Por primera vez, los lncRNA en la región no codificante del arroz cultivado y del arroz salvaje fueron anotados y descritos en profundidad», dijo Zheng.
«Nuestros experimentos transgénicos y análisis genéticos de poblaciones demuestran de manera convincente que la selección de lncRNA contribuyó a cambios en la calidad del grano de arroz domesticado al alterar la expresión de genes que funcionan en la síntesis del almidón y la pigmentación del grano», dijo.
Trabajando con varios cientos de muestras de arroz y más de 260 Gbs de secuencia, los investigadores emplearon técnicas de detección sensibles para cuantificar y rastrear de manera sólida la transcripción del lncRNA en el arroz. El nuevo estudio valida algunos lncRNA identificados previamente y también proporciona nueva información sobre moléculas no descritas anteriormente.
Este nuevo estudio alimenta la especulación de algunos investigadores de que la mayoría de las diferencias adaptativas entre grupos de plantas o animales se deben a cambios en la regulación genética y no a la evolución de las proteínas.
«Con base en nuestros hallazgos, proponemos que la selección de lncRNA podría resultar ser un mecanismo más amplio mediante el cual los patrones de expresión genética de todo el genoma pueden evolucionar en muchas especies», dijo Zheng.
Este estudio sobre el arroz también abre ojos y posiblemente nuevas puertas para producir nuevos cultivos y cereales mediante el mejoramiento de precisión.
Más información: «Los análisis de todo el genoma revelan el papel de la variación no codificante en rasgos complejos durante la domesticación del arroz» Science Advances (2019). avances.sciencemag.org/content/5/12/eaax3619
