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Comparando genes para entender la domesticación del maíz


Es casi como viajar en el tiempo. Los científicos de la Universidad Estatal de Iowa están aprendiendo cómo mirar hacia atrás a través de milenios de domesticación para aprender cómo una planta herbácea silvestre conocida como teosinte se convirtió en maíz, el cultivo comercial moderno que se cultiva en todo el mundo. 


por la Universidad Estatal de Iowa


La investigación permite a los científicos comparar los genes del maíz con los de su ancestro silvestre, lo que podría ayudar a los fitomejoradores a identificar rasgos ventajosos que pueden haberse extraído del teosinte a lo largo de los siglos.

Los investigadores publicaron sus hallazgos recientemente en la revista académica Frontiers in Plant Science , detallando una nueva herramienta biotecnológica que aprovecha técnicas de vanguardia para producir plantas de teocintle transgénicas fértiles por primera vez.

Los humanos comenzaron a domesticar el teosinte, una hierba silvestre originaria de México, hace aproximadamente 10 000 años. Cada planta de teosinte produce solo hasta una docena de granos, que son duros y contienen menos nutrientes que el maíz moderno. Entonces, la gente seleccionó plantas individuales de teosinte para obtener mayores rendimientos y eventualmente desarrolló nuevas variedades con sus propias características únicas.

Pero parte del material genético original del teosinte se perdió en el camino. Identificar este material genético podría ayudar a producir mejor maíz hoy, o al menos ofrecer pistas a los científicos sobre cómo aprovechar mejor la diversidad genética del maíz, dijo Jacob Zobrist, estudiante graduado en agronomía y primer autor del estudio.

«No sabemos lo que no sabemos sobre esos rasgos ancestrales», dijo Zobrist. «Esperamos identificar rasgos en el ancestro silvestre que serían útiles para el maíz moderno. Esos rasgos podrían incluir resistencia a enfermedades y resistencia al estrés, así como contenido de nutrientes y tal vez incluso mejorar los tiempos de crecimiento y floración».

El nuevo estudio detalla cómo los científicos descubrieron un protocolo robusto de inducción y regeneración de callos utilizando segmentos verticilos de plántulas germinadas a partir de semillas maduras. Eso significa que los investigadores pudieron producir tejido calloso, que es similar a las células madre que no están diferenciadas y aún no se han convertido en células variantes.

Estas células callosas indiferenciadas son susceptibles de la introducción de nuevo ADN a través de la tecnología transgénica. Usando tecnología de edición de genes como CRISPR, los investigadores ahora pueden apuntar a genes específicos de teosinte y apagarlos, brindándoles un nuevo nivel de comprensión de cómo la planta silvestre fue domesticada en un cultivo básico global.

Nueva herramienta biotecnológica amplía la comprensión

Es un poco como retroceder en el tiempo para ver qué rasgos seleccionaron los antiguos fitomejoradores, dijo Kan Wang, profesor global de biotecnología en agronomía y autor correspondiente del estudio. El laboratorio de Wang comenzó a estudiar el teosinte en 2010 y dijo que la nueva publicación representa un gran paso adelante en la comprensión del teosinte y los orígenes del maíz moderno.

«Esto abrirá muchas posibilidades para muchas personas interesadas en la investigación básica o en la investigación agrícola aplicada», dijo Wang, quien actualmente es director de programa rotativo de la Fundación Nacional de Ciencias.

Wang le dio crédito a las contribuciones de Zobrist por hacer que el estudio en general fuera un éxito. Zobrist se unió al laboratorio de Wang en 2018 con el apoyo de la Beca Predictive Plant Phenomics de la National Science Foundation, que brinda capacitación innovadora en ciencia e ingeniería basada en datos a estudiantes con experiencia en ciencias de las plantas. La contribución de Zobrist a la investigación fue hacer que la transformación fuera repetible mediante la optimización del medio de cultivo utilizado para cultivar las plantas de teocintle. Zobrist encontró un nuevo régimen de cultivo de tejidos que incluía hormonas vegetales en el medio de cultivo.

«Hemos desarrollado la herramienta, y sin ella, es muy difícil entender el teosinte . Uno de los principales actores que hizo que eso sucediera fue Jacob. Hizo un trabajo fundamental», dijo Wang.

Zobrist es nativo de Spencer, Iowa. Completó sus estudios universitarios en Iowa State antes de trabajar en Corteva durante cinco años y luego regresar a Iowa State para comenzar sus estudios de posgrado en 2017.

«Tengo la suerte de ser un estudiante de posgrado en un momento en que la investigación y las tecnologías de edición del genoma están progresando a un ritmo que me permitió unir todas las piezas en un método de transformación funcional y reproducible», dijo.



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