Agricultura Botánica y Genética Cereales Estados Unidos

Desvelando el misterio de la tolerancia a los herbicidas del trigo


Genéticamente hablando, la barra de pan que horneaste durante el cierre de COVID-19 es más compleja de lo que piensas. Los 16 mil millones de genes del trigo, organizados en no solo tres genomas semiindependientes, pueden superponerse o sustituirse entre sí, lo que hace que las cosas sean extremadamente difíciles para los genetistas que intentan mejorar los rasgos deseables en el cultivo más ampliamente cultivado del mundo.


por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


Uno de esos rasgos es la tolerancia a los herbicidas. Muchos cultivos de cereales, incluido el trigo , tienen una capacidad natural para desintoxicar ciertos herbicidas aplicados a las malas hierbas en su medio. En condiciones óptimas, las malezas mueren, pero los cultivos se mantienen altos. Si los científicos pueden identificar los genes involucrados, podrían potencialmente amplificar la expresión de esos genes para hacer que el proceso de desintoxicación sea más efectivo bajo una variedad de condiciones ambientales.

En un nuevo estudio de la Universidad de Illinois publicado en Scientific Reports , los científicos aprovechan la composición genética flexible del trigo para identificar las regiones cromosómicas que ayudan a desintoxicar los herbicidas sintéticos de auxina.

«En la década de 1950, a los científicos se les ocurrió un proceso llamado ‘sustitución alienígena’ en el que se pueden reemplazar los cromosomas de uno de los tres genomas del trigo con cromosomas de un pariente del trigo, como Aegilops searsii. Los cromosomas son lo suficientemente similares como para que la planta pueda crecer y todavía se parece mucho al trigo «, explica Dean Riechers, profesor del Departamento de Ciencias de Cultivos de Illinois y coautor del estudio. «El beneficio es que el pariente podría no tener los mismos rasgos que el trigo, por lo que la línea de sustitución alienígena ayudará a determinar dónde se encuentran los genes de interés».

El método ahora es tan común en la investigación del trigo que los científicos simplemente pueden obtener semillas para plantas de trigo con cromosomas Aegilops searsii, denotados como el genoma S, sustituyendo cada uno de los siete cromosomas de trigo en sus tres genomas (A, B y RE). Estas se conocen como líneas de sustitución extraterrestre, y Riechers y la estudiante de doctorado Olivia Obenland las usaron para determinar que la tolerancia a la auxina sintética en el trigo probablemente reside en algún lugar del cromosoma 5A.

«Aunque el método es común para encontrar genes para la resistencia a los patógenos y otros genes útiles en el trigo, el nuestro es el único grupo de investigación que ha utilizado este método para buscar tolerancia a los herbicidas», dice Riechers. «Básicamente, hemos reducido la lista de 21 cromosomas a uno, así que ahora sabemos dónde enfocar nuestros futuros esfuerzos de descubrimiento de genes».

Obenland cultivó las 21 líneas de sustitución extraterrestre en el invernadero, junto con la variedad de trigo ‘Chinese Spring’ y Aegilops searsii, y las roció con altas tasas de herbicida sintético de auxina halauxifen-metil. Luego comparó la biomasa de las plantas tratadas con los controles no tratados.

Los investigadores esperaban y observaron lesiones mínimas en ‘Chinese Spring’, gracias a su capacidad de desintoxicar naturalmente el químico. Pero Aegilops searsii resultó ser altamente sensible al halauxifeno-metilo, al igual que las plantas de trigo con sustituciones extrañas en el cromosoma 5A.

«Al sustituir 5A con el cromosoma 5S de las especies exóticas, eliminamos la tolerancia natural al halauxifeno-metilo del trigo y lo volvimos sensible», dice Obenland.

Las plantas con la sustitución en el cromosoma 5B también mostraron cierta sensibilidad, pero solo cuando el herbicida se aplicó a la tasa más alta. Aunque esto significa que 5B probablemente posee genes involucrados en la desintoxicación de auxina sintética también, los resultados hasta ahora apuntan a 5A como el jugador clave. Curiosamente, el cromosoma 5D en el tercer genoma (D) del trigo no parece jugar un papel importante, según la investigación.

El siguiente paso es buscar en el cromosoma 5A genes específicos que puedan estar involucrados en la tolerancia a los herbicidas . Obenland y Riechers ya están trabajando en ello, y aunque han identificado algunos genes interesantes relacionados con los que han encontrado en el cáñamo resistente, no están listos para publicar esos resultados sin más pruebas moleculares.

«En última instancia, esperamos ampliar y profundizar nuestra comprensión de la tolerancia natural del trigo al halauxifeno-metilo, así como a otros herbicidas de auxina sintéticos, y este es un gran primer paso. Y es muy satisfactorio aplicar las herramientas genéticas existentes para abordar un nuevo problema científico «, dice Riechers.



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