Los científicos están un paso más cerca de cultivar plantas con genes de un solo padre.
por UC Davis
Una nueva investigación dirigida por biólogos de plantas de la Universidad de California en Davis, publicada el 19 de noviembre en Science Advances, muestra el mecanismo subyacente detrás de la eliminación de la mitad del genoma y podría facilitar y acelerar la reproducción de plantas de cultivo con características deseables como la resistencia a enfermedades. .
El trabajo surge de un descubrimiento realizado hace más de una década por el difunto Simon Chan, profesor asociado de biología vegetal en la Facultad de Ciencias Biológicas de UC Davis, y sus colegas.
Las plantas, al igual que otros organismos sexuales, heredan un conjunto de cromosomas coincidentes de cada padre. Para transmitir un rasgo favorable, como la resistencia a las plagas o la sequía, a toda su descendencia, la planta tendría que portar la misma variante genética en cada cromosoma. Pero crear plantas que «se reproduzcan verdaderamente» de esta manera puede llevar generaciones de cruzamiento.
En 2010, Chan y el becario postdoctoral Ravi Maruthachalam descubrieron por casualidad una forma de eliminar la contribución genética de uno de los padres mientras criaban la planta de laboratorio Arabidopsis . Habían modificado una proteína llamada CENH3, que se encuentra en el centrómero, una estructura en el centro de un cromosoma. Cuando intentaron cruzar Arabidopsis de tipo salvaje con plantas con CENH3 modificado, obtuvieron plantas con la mitad del número normal de cromosomas. La parte del genoma de una planta madre se eliminó para crear una planta haploide.
Ese trabajo se publicó en la revista Nature en marzo de 2010 y puso en marcha esfuerzos para lograr el mismo resultado en plantas de cultivo como el maíz, el trigo y el tomate.
Aclarando un misterio
Pero replicar la estrategia exacta de Chan fuera de Arabidopsis hasta ahora ha resultado infructuoso, dijo el profesor Luca Comai, del Departamento de Biología Vegetal y Centro de Genoma de UC Davis, autor principal del nuevo artículo. Recientemente, otros laboratorios han creado plantas con un conjunto de cromosomas manipulando CENH3, pero no está claro cómo se relacionan los resultados.
«La base mecanicista de los efectos de CENH3 sobre la inducción de haploides era misteriosa», dijo Comai. Parece haber reglas diferentes para cada especie, dijo.
Gran parte de ese misterio ya se ha aclarado. Mohan Marimuthu, investigador del Centro de Genoma y Departamento de Biología Vegetal de UC Davis, con Comai, Maruthachalam (ahora en el Instituto Indio de Educación e Investigación Científica, Kerala) y sus colegas, encontraron que cuando se altera la proteína CENH3, se elimina del ADN en el óvulo antes de la fertilización, debilitando el centrómero.
«En las divisiones embrionarias posteriores, los centrómeros empobrecidos en CENH3 aportados por el óvulo no compiten con los ricos en CENH3 aportados por los espermatozoides y se elimina el genoma femenino», dijo Comai.
El hallazgo de que cualquier agotamiento selectivo de CENH3 engendra debilidad del centrómero explica los resultados originales de Chan y Maruthachalam, así como los nuevos resultados de otros laboratorios en trigo y maíz, dijo Comai. Este nuevo conocimiento debería facilitar la inducción de haploides en plantas de cultivo , dijo.
Los autores adicionales del artículo son: en UC Davis, Anne Britt y Sundaram Kuppu; Ramesh Bondada, Instituto Indio de Educación e Investigación Científica; y Ek Han Tan, Universidad de Maine.
