Las técnicas de edición genética han ayudado a identificar un factor de tolerancia a la temperatura que puede proteger al trigo de los desafíos cada vez más impredecibles del cambio climático.
Los investigadores del grupo del profesor Graham Moore en el Centro John Innes hicieron el descubrimiento durante experimentos que analizaban la fertilidad del trigo en plantas expuestas a temperaturas altas o bajas . El artículo, «DMC1 estabiliza los cruces a altas y bajas temperaturas durante la meiosis del trigo», aparece en Frontiers in Plant Science .
La fertilidad del trigo y, por lo tanto, el rendimiento están muy influenciados por la temperatura , particularmente las etapas iniciales de la meiosis, cuando los cromosomas de las células madre se cruzan y se emparejan para crear semillas para la siguiente generación .
La meiosis en el trigo funciona más eficientemente a temperaturas entre 17 y 23° centígrados. Se sabe que el trigo en desarrollo no resiste bien las altas temperaturas y también puede fallar durante las bajas temperaturas del verano.
Identificar los factores genéticos que ayudan a estabilizar la fertilidad del trigo fuera de las temperaturas óptimas es fundamental si queremos generar cultivos resilientes al clima en el futuro.
Investigaciones anteriores han indicado que un gen meiótico importante, DMC1, es el candidato probable para preservar la meiosis del trigo durante temperaturas bajas y altas.
Los investigadores del Centro John Innes utilizaron técnicas de edición de genes para eliminar DMC1 de una variedad de trigo de primavera chino y luego llevaron a cabo una serie de experimentos controlados para observar los efectos de diferentes temperaturas sobre la meiosis en las plantas mutadas.
Los experimentos revelaron que después de aproximadamente una semana, las plantas mutantes editadas genéticamente se vieron significativamente afectadas cuando se cultivaron a una temperatura de 13 °C, y el 95 % de las plantas mostraron una disminución en el número de cruces.
En el otro extremo de la escala de temperaturas, las plantas de trigo cultivadas a 30° también mostraron un número reducido de cruces, en comparación con las plantas de control.
Los resultados confirman la hipótesis de que DMC1 es responsable de la preservación de los cruces meióticos a temperaturas bajas y, en menor grado, altas.
Dado que la reducción de los cruces tiene efectos significativos sobre el rendimiento de grano, estos resultados tienen implicaciones importantes para los mejoradores de trigo frente al cambio climático.
El profesor Moore dijo: «Gracias a la edición de genes hemos podido aislar un gen clave de tolerancia a la temperatura en el trigo. Proporciona un motivo de optimismo para encontrar nuevos rasgos valiosos en un momento en que el cambio climático está desafiando la forma en que cultivamos nuestros principales cultivos».
La siguiente etapa de esta investigación es buscar variaciones de DMC1 que ofrezcan una mayor protección al trigo e investigar cómo la dosis y los niveles de expresión de este gen en el trigo pueden influir en la protección contra variaciones más amplias de temperatura.
Se están llevando a cabo ensayos sobre la tolerancia a la temperatura en Córdoba, España, donde las temperaturas habituales son de 30 a 40°C, lo que representa una amenaza para la fertilidad y el rendimiento del trigo.
El estudio también destaca que DMC1 es un gen profundamente conservado que controla la tolerancia a la temperatura en el trigo y en todo el reino vegetal, incluidos otros cultivos importantes.
Investigaciones anteriores, citadas en este estudio, sobre una especie de tritón japonés, también muestran que la fertilidad se ve comprometida en temperaturas inferiores a 13° y que el efecto de la temperatura está relacionado con la actividad de DMC1.
Esta investigación sigue el avance anterior del grupo Moore en el Centro John Innes al identificar el gen del trigo (ZIP4) responsable del emparejamiento cromosómico correcto y la preservación del rendimiento del trigo, pero que también previene la introducción de nuevos rasgos beneficiosos de los parientes silvestres del trigo al suprimir intercambio cromosómico.
Utilizando tecnología de edición de genes, los investigadores han dividido la función dual de ZIP4 para que mantenga los rendimientos pero permita cruzar más fácilmente el trigo con parientes silvestres. Esto podría contribuir a la diversidad genética en variedades de élite, incluidos rasgos como la resiliencia al calor y la resistencia a las enfermedades.
El profesor Moore añadió: «Es probable que el cambio climático tenga un efecto negativo en la meiosis y, por lo tanto, en la fertilidad del trigo y, en última instancia, en el rendimiento de los cultivos, por lo que la detección de colecciones de germoplasma para identificar genotipos tolerantes al calor es una alta prioridad para el futuro del mejoramiento de cultivos».
Más información: Tracie N. Draeger et al, DMC1 estabiliza los cruces a temperaturas altas y bajas durante la meiosis del trigo, Frontiers in Plant Science (2023). DOI: 10.3389/fpls.2023.1208285
