Las funciones biológicas, la disponibilidad de recursos y los procesos evolutivos a menudo juegan un papel clave en la determinación de la expresión de los rasgos genéticos y sus correlaciones. De hecho, varios rasgos de las plantas están comúnmente correlacionados debido a diferentes factores ecológicos. Un ejemplo común de estos rasgos correlacionados es la altura de la planta y el tamaño de la semilla.
Esta correlación se asocia ampliamente con la escala alométrica (las tasas de crecimiento relativas de diferentes partes del cuerpo frente al tamaño corporal total de un organismo) después de una correlación positiva. Hay varios marcos conceptuales que explican el mecanismo subyacente de la escala alométrica en las plantas, incluida la hipótesis de que el mejoramiento y la domesticación de cultivos modernos pueden alterar la evolución y el patrón de expresión de la altura de la planta y el peso de la semilla .
Sin embargo, los mecanismos genéticos que influyen en la escala de tamaño y la correlación de rasgos en las plantas y los efectos reales de la domesticación y reproducción intensas han permanecido poco explorados.
El genotipado de alto rendimiento y el fenotipado a gran escala tienen un enorme potencial para decodificar los mecanismos genéticos subyacentes de las correlaciones de rasgos y la escala de tamaño. En consecuencia, un estudio reciente realizado por investigadores de Australia identificó los posibles factores genéticos que subyacen a la correlación entre la altura de la planta y la escala del peso de la semilla en los cultivos de cebada. El estudio utilizó el perfil de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) de todo el genoma para un conjunto diverso de muestras de cebada para medir las diferencias en la altura de la planta y el peso de la semilla.
Al explicar la justificación de su estudio, el profesor Chengdao Li, el autor correspondiente del estudio, de la Universidad de Murdoch, dice: «Los estudios de asociación de todo el genoma (GWAS) han demostrado que los SNP pueden ayudar a identificar variantes genéticas que afectan a dos o más rasgos. Además, una vez que se localiza la posición física de la variante genética responsable en el cromosoma, se puede examinar su vínculo genético».
«Elegimos la cebada para nuestro estudio porque es uno de los cultivos de cereales más importantes que se ha sometido a un extenso estudio genómico y tiene abundantes datos genómicos y fenotípicos disponibles».
El estudio fue publicado en Plant Phenomics .
El profesor Li y su equipo analizaron los datos fenotípicos para la altura de la planta y el peso de la semilla junto con el conjunto de datos SNP de todo el genoma de alta densidad para 12 828 muestras de cebada, que incluían cebada domesticada y silvestre. Primero evaluaron la heredabilidad y la correlación entre ambos rasgos, seguido de la identificación de SNP asociados con cualquiera de estos rasgos mediante el análisis GWAS.
Posteriormente, determinaron el efecto pleiotrópico (un mecanismo para la correlación de rasgos en el que una variante genética influye en dos o más rasgos fenotípicos) de cada SNP en la altura de la planta y el peso de la semilla utilizando modelos de ecuaciones estructurales genómicas. Además, evaluaron el efecto del enlace genético en los dos rasgos mediante el decaimiento del desequilibrio de enlace (LD).
Los investigadores descubrieron que, si bien la altura de la planta y el peso de la semilla eran hereditarios y se correlacionaban positivamente en la cebada domesticada, no era evidente en la cebada silvestre. Además, los cultivos de cebada domesticada son más cortos y tienen semillas más pequeñas que la cebada silvestre, lo que sugiere que la altura de la planta y la escala del peso de la semilla están menos influenciadas por la selección artificial directa.
El equipo también identificó 20 SNP que causaron efectos pleiotrópicos tanto en la altura de la planta como en el peso de la semilla, y se asociaron con al menos tres genes funcionales relacionados con el crecimiento y desarrollo de la planta. Finalmente, el análisis de descomposición de LD mostró que un número significativo de marcadores genéticos, que influyen en uno o ambos rasgos, están estrechamente vinculados en el cromosoma.
Estos resultados indican claramente que dos mecanismos genéticos distintos forman la base de la altura de la planta y la escala del peso de la semilla en la cebada: la pleiotropía y el enlace genético.
«Nuestros hallazgos brindan una mejor comprensión de los factores genéticos que subyacen a la escala de tamaño, lo que, a su vez, podría ampliar el alcance para explorar otros mecanismos subyacentes a la escala alométrica en las plantas. Si bien nuestro estudio examinó la escala de tamaño en una sola especie de cultivo, apunta hacia la posible existencia de mecanismos genómicos similares para la escala alométrica en otras especies de plantas», comenta el Prof. Li.
Además, dado que la escala de tamaño en la cebada está positivamente correlacionada, genéticamente restringida y mínimamente afectada por la domesticación, los resultados de este estudio podrían tener implicaciones potenciales para el mejoramiento de cultivos donde se desean rasgos correlacionados en la dirección opuesta.
Más información: Tianhua He et al, La pleiotropía estructura la altura de la planta y la escala del peso de la semilla en la cebada a pesar de la larga historia de domesticación y selección de mejoramiento, Plant Phenomics (2023). DOI: 10.34133/plantafenomics.0015
