Un maíz antiguo modificó un gen para prosperar en condiciones difíciles y lo dejó en algunas variedades modernas
Los científicos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han rastreado un importante gen de maíz llamado HPC1 que modula ciertos procesos químicos que afectan el tiempo de floración. El propósito del trabajo fue obtener una comprensión de la evolución de las plantas y la selección de rasgos importantes para la adaptación de los cultivos a condiciones de campo difíciles.
“Estamos muy interesados en comprender cómo las variaciones de lípidos naturales están involucradas en el crecimiento y desarrollo de las plantas, y cómo estos compuestos pueden ayudar a las plantas a adaptarse a su entorno”, dijo Rubén Rellán-Álvarez, profesor asociado de bioquímica estructural y molecular en la universidad y autor. artículo que describe el estudio. “En particular, queríamos aprender más sobre los cambios en los lípidos llamados fosfolípidos, que se componen de fósforo y ácidos grasos, y su papel en la adaptación al frío, el fósforo bajo y la regulación de procesos importantes para la salud y el rendimiento de las plantas, como época de floración.” .
El maíz que se cultiva a gran altura, como en las tierras altas de México, necesita condiciones especiales para crecer con éxito. Las temperaturas más frías en estas áreas montañosas ponen al maíz en desventaja en comparación con las plantas que crecen a bajas altitudes y en climas cálidos.
“En altitudes más altas en un ambiente más fresco, el maíz tarda más en crecer debido a la menor acumulación de unidades de calor que el maíz necesita para desarrollarse. A una altitud de 2600 metros, el maíz crece tres veces más que en altitudes bajas. Los agricultores locales, para adaptarse, tuvieron que plantar semillas al principio de la temporada con una incorporación profunda al suelo y seleccionar solo aquellas variedades que pudieran desarrollarse a bajas temperaturas y florecer temprano.
Aquí es donde entran en juego los cambios en el gen HPC1. Por ejemplo, en las variedades de maíz que se cultivan en altitudes bajas, incluida la mayor parte del maíz que se produce en los EE. UU., este gen escinde los fosfolípidos que se unen a proteínas importantes que aceleran el tiempo de floración. En las montañas, este gen falla, pero a favor del maíz de altura. En el maíz de montaña apareció una versión “defectuosa” del gen, lo que llevó a niveles altos de fosfolípidos”, dice Rellan-Alvarez.
“Los fosfolípidos son componentes importantes de las membranas celulares. Todos los lípidos tienen una forma diferente, y equilibrar esas formas es lo que mantiene intactas las membranas y ayuda a las plantas a sobrevivir períodos de estrés, agrega Allison Barnes, investigadora del laboratorio Rellan-Alvarez y coautora del artículo. – Para confirmar nuestra teoría utilizando las tijeras de genes CRISPR-Cas9, creamos un mutante de laboratorio y confirmamos la función metabólica del gen. Los fosfolípidos del maíz de montaña son mejores para mantener unidas las membranas, lo que permite que la planta sobreviva en condiciones adversas”.
El maíz con la versión montañesa del gen floreció un día antes que las plantas sin esta versión del gen.
El estudio también examinó la evolución del maíz durante los milenios cuando los nativos americanos domesticaron el maíz en el suroeste de México a partir de una planta silvestre llamada teosinte parviglumis . En el altiplano mexicano, el maíz se cruzó con otra planta silvestre, el teocintle mexicano.
“Nuestros resultados muestran que la mezcla de maíz con teosinte mexicana ayudó al maíz a adaptarse a las condiciones de altura y que esta hibridación es relevante para el maíz moderno. Los fragmentos genéticos de teosinte mexicana , a saber, la versión montañosa de HPC1, se han conservado en algunos tipos de maíz modernos. Esta retención, que los científicos llaman introgresión, es similar a cómo los humanos modernos mantienen fragmentos de neandertal en su código genético. Estos fragmentos se han conservado porque han sido seleccionados a lo largo del tiempo y aportan ciertos beneficios. La variante de montaña de HPC1 se ha encontrado en variedades de maíz cultivadas en Canadá, el norte de Estados Unidos y el norte de Europa, que son climas frescos para el maíz”, dijo Rellan-Alvarez.
Los investigadores de NC State actualmente están estudiando el papel de este y otros genes involucrados en el metabolismo del fósforo para explorar formas más sostenibles de cultivar maíz y posiblemente introducir más teosinte mexicana en el maíz moderno.
Artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences y citado por phys.org.
(Fuente: phys.org. Foto: Natalia Shapovalova).
