Botánica, nutrición y genética Estados Unidos Temas

Desentrañar el misterio del gen del maíz de 58 años puede tener implicaciones en el mejoramiento de plantas

Desentrañar el misterio del gen del maíz de 58 años puede tener implicaciones en el mejoramiento de plantas
El misterio involucró una mutación genética espontánea que hace que los pigmentos rojos aparezcan en varios tejidos de plantas de maíz durante algunas generaciones y luego desaparezcan en la progenie posterior. Crédito: Grupo de Investigación Surinder Chopra / Penn State

Al descubrir un gen mutante que «enciende» otro gen responsable de los pigmentos rojos que a veces se ven en el maíz, los investigadores resolvieron un misterio de casi seis décadas con un hallazgo que puede tener implicaciones para el fitomejoramiento en el futuro.


por la Universidad Estatal de Pensilvania


La culminación de más de 20 años de trabajo, el esfuerzo comenzó cuando, en 1997, Surinder Chopra, profesor de genética del maíz en Penn State, recibió semillas de una línea mutante de maíz. En ese momento, Chopra era un becario postdoctoral en la Universidad Estatal de Iowa, y trajo la investigación con él cuando se unió a la facultad de Penn State en 2000.

El misterio involucró una mutación genética espontánea que hace que los pigmentos rojos aparezcan en varios tejidos de plantas de maíz, como granos, mazorcas, borlas, seda e incluso tallos, durante algunas generaciones y luego desaparezcan en la progenie posterior. Puede parecer una preocupación menor para los no iniciados, pero debido a que la genética del maíz se ha estudiado durante mucho tiempo como un sistema modelo, la pregunta tiene implicaciones significativas para la biología de las plantas .

«En el maíz, los genes involucrados en la biosíntesis de pigmentos se han utilizado en estudios genéticos durante más de un siglo; la pigmentación en el maíz es un rasgo relativamente simple, lo que lo hace ideal para su uso como marcador para la investigación genética», dijo Chopra. «Las plantas de maíz mutantes fueron identificadas en 1960 por el Dr. Charles Burnham (Universidad de Minnesota), y esa semilla se le dio a uno de sus estudiantes, Derek Styles. Recibimos la semilla de Styles en 1997, y se nos encomendó continuar la investigar.»

Desentrañar el misterio del gen del maíz de 58 años puede tener implicaciones en el mejoramiento de plantas
Surinder Chopra, profesor de genética del maíz, recibió semillas de una línea mutante de maíz en 1997 cuando era un becario postdoctoral en la Universidad Estatal de Iowa, y trajo la investigación con él cuando se unió a la facultad de Penn State en 2000. Crédito: Surinder Grupo de Investigación Chopra / Penn State

Chopra lideró los esfuerzos para introducir los genes del maíz mutante, denominado Ufo1 (factor inestable para orange1) en varias líneas de maíz endogámicas que se estudiarán. Desde que llegó a Penn State, el grupo de investigación de Chopra en la Facultad de Ciencias Agrícolas ha cultivado y retrocruzado líneas de plantas de maíz tanto en Penn State Agronomy Farm como en los invernaderos del campus. En los últimos tres años, los investigadores, que publicaron recientemente sus hallazgos en The Plant Cell , han cultivado más de 4.000 de las plantas retrocruzadas para mapear dónde se encuentra la causa de Ufo1 en el genoma.

Usando tejidos de esas plantas híbridas y empleando técnicas de secuenciación de ARN y herramientas de clonación de genes junto con capacidades de secuenciación de próxima generación, mapeo genético y análisis de datos que no estaban disponibles para los genetistas de plantas hasta hace relativamente poco tiempo, los investigadores desenmascararon al culpable en de nuevo, de nuevo, de nuevo, misterio de pigmento rojo en el maíz. Encontraron Ufo1, que solo está presente en el maíz, el sorgo, el arroz y el mijo cola de zorra.

Pero el gen mutante Ufo1 en realidad no causa la aparición de pigmentos rojos en el maíz, eso es causado por un gen llamado pericarpio color1 o p1. Los investigadores encontraron que el gen Ufo1 en realidad está controlado por un transposón, «gen saltarín», que se encuentra cerca del gen Ufo1. Los transposones son secuencias de ADN que se mueven de un lugar del genoma a otro y pueden influir en la expresión de genes esenciales cercanos.

Cuando se enciende este transposón, el gen Ufo1 también se enciende, lo que activa el gen p1 para indicar a la planta que produzca los pigmentos rojos. Pero cuando el transposón está apagado, el gen Ufo1 se silencia y también lo hace la vía del pigmento controlada por p1. Esa es la razón principal por la que el gen Ufo1 no fue identificado durante tanto tiempo y el misterio persistió, según Chopra.

Desentrañar el misterio del gen del maíz de 58 años puede tener implicaciones en el mejoramiento de plantas
Los investigadores creen que el gen misterioso que desencadena los pigmentos rojos mutantes en el maíz puede ser un «regulador maestro» responsable de una acumulación excesiva de azúcares en las hojas y un aumento de un insecticida natural en la seda. Crédito: Grupo de Investigación Surinder Chopra / Penn State

«Pudimos reducirlo a un solo gen de varios miles de genes que se expresan de manera aberrante en el mutante Ufo1 frente a la planta de tipo salvaje», dijo. «Es un descubrimiento incremental y, sin embargo, es un salto en la ciencia básica porque es probable que sea valioso para los fitomejoradores».

Todavía no está del todo claro cómo interactúa Ufo1 con el gen p1. La importancia futura del descubrimiento probablemente estará menos asociada con los pigmentos rojos que con lo que controla el gen mutante Ufo1 en las plantas de maíz. Chopra cree que puede ser un «regulador maestro» que, cuando se sobreexpresa, indica a la planta que está bajo estrés, incluso en ausencia de estrés. Curiosamente, Chopra señaló que en las plantas Ufo1, los azúcares se acumulan en exceso en las hojas y el contenido de maysin, un insecticida natural elaborado por las plantas de maíz , aumenta drásticamente en la seda.

«Aprender qué controla la regulación del gen Ufo1 normal o no mutante nos acercará mucho más a un proceso de reproducción realista en el que podemos jugar con la expresión génica para obtener un mayor contenido de maysina o un mayor contenido de azúcar, lo que sería importante en el cultivo. protección contra plagas y producción de biocombustibles, respectivamente «, dijo Chopra.

«Y, debido a que tiene un efecto pronunciado sobre el funcionamiento de la maquinaria celular, ahora podemos comprender mejor la vía molecular básica que normalmente ocurre durante un estrés en una planta», dijo. «Comprender el estrés de las plantas que resulta de los extremos de calor, frío y agua es importante debido al cambio climático».



WP Twitter Auto Publish Powered By : XYZScripts.com