Agricultura Botánica, nutrición y genética Estados Unidos

El gen mutante del maíz aumenta el azúcar en semillas, hojas y puede conducir a mejorar la cosecha

El gen mutante del maíz aumenta el azúcar en semillas, hojas y puede conducir a mejorar la cosecha
Se utilizó maíz transgénico marcado con fluorescencia para detectar la acumulación anormal de proteínas en mutantes. La imagen superior izquierda muestra tres mazorcas en luz brillante, y la imagen superior derecha muestra las mismas tres orejas en luz azul. La presencia y ausencia de fluorescencia verde ayuda a identificar fácilmente las semillas mutantes. Las imágenes inferiores muestran la acumulación de proteínas en las semillas en desarrollo de control (izquierda) y mutantes (derecha). Crédito: Debamalya Chatterjee / Penn State

Una acumulación anormal de carbohidratos (azúcares y almidones) en los granos y las hojas de una línea mutante de maíz se puede rastrear hasta un gen mal regulado, y ese descubrimiento ofrece pistas sobre cómo la planta maneja el estrés.


por Jeff Mulhollem, Universidad Estatal de Pensilvania


Esa es la conclusión de los investigadores de Penn State cuyo estudio anterior descubrió el gen ufo1 del maíz responsable de crear la línea de maíz mutante. Ahora están evaluando sus efectos y su potencial para su inclusión en el mejoramiento de nuevas líneas de maíz más capaces de prosperar en un mundo que se calienta. El hallazgo de niveles más altos de azúcar en los tejidos vegetales en su último estudio es solo otro aspecto que los genetistas de plantas deben considerar.

«Este descubrimiento tiene implicaciones para la seguridad alimentaria y el mejoramiento de nuevas líneas de cultivos que puedan lidiar mejor con un clima cambiante; con el maíz, todavía hay mucho por hacer», dijo Surinder Chopra, profesor de genética del maíz en la Facultad de Ciencias Agrícolas. «De hecho, existe una gran diversidad genética y fenotípica en el maíz, y podemos usar esa diversidad y hacer la pregunta, ‘¿Cómo se distribuye el gen ufo1 en las 10,000 líneas de germoplasma existentes?'»

¿Pueden los genetistas de plantas seleccionar algo de esa diversidad e incorporar el gen ufo1 para mejorar el maíz? Esa es la pregunta que Chopra está tratando de responder, comenzando con este nuevo estudio que encontró niveles elevados de azúcar en semillas y hojas de la línea de maíz mutante.

¿Qué rasgos se pueden mejorar en el maíz con la ayuda del gen ufo1?

El gen mutante del maíz aumenta el azúcar en semillas, hojas y puede conducir a mejorar la cosecha
Las semillas recolectadas se diseccionaron y conservaron para experimentos adicionales. Los investigadores descubrieron que el gen mutante del maíz ufo1 afecta la diferenciación celular, influye en la acumulación de carbohidratos y hormonas en la planta y modula los patrones de expresión de genes esenciales involucrados en el desarrollo de semillas de maíz. Crédito: Debamalya Chatterjee / Penn State

«Ciertamente, tolerancia al estrés, pero también probable desarrollo de semillas, lo que tiene implicaciones en el rendimiento de semillas, así como en la mejora de la biomasa», dijo Chopra. «Y nos gustaría desarrollar un mejor tipo de planta que pudiera crecer en un cultivo más denso, pero aún así ser más productivo. Y finalmente, necesitamos mirar la resiliencia y la sostenibilidad. ¿Podemos cultivar líneas de maíz que obtengan la misma cantidad de rendimiento con menores insumos de fertilizantes y necesitan menos agua? «

Chopra inició una investigación sobre el gen ufo1 del maíz debido a su asociación con una pigmentación naranja / roja en la línea del maíz mutante. El célebre genetista de maíz Charles Burnham, de la Universidad de Minnesota, identificó este notable mutante ovni1 alrededor de 1960. Otro conocido genetista de maíz, Derek Styles, de la Universidad de Victoria, Canadá, un estudiante de Burnham, eligió el nombre, que significa para «factor inestable para naranja».

En 1997, Styles envió semillas de Chopra para la línea mutante. Desde entonces, introdujo sus genes en una línea endogámica mantenida por su grupo de investigación en Penn State. En 2019, Chopra resolvió el misterio genético detrás de ovni1.

Sin embargo, resulta que el gen controla muchas características de las plantas más allá de la pigmentación. Aún así, el ufo1 es solo un gen y no funciona solo en el genoma del maíz, anotó Chopra.

Hay más de 30.000 genes en la planta de maíz, por lo que es importante aprender cómo interactúa ufo1 con otros genes antes de que los genetistas de plantas puedan usarlo en el mejoramiento de un nuevo tipo de cultivo, agregó. «Para pasar al aspecto de la reproducción, primero debemos aprender cómo funciona realmente este gen», dijo Chopra. «Necesitamos aprender cómo se asocia con las proteínas, y el objetivo de la investigación futura será aprender sobre esas interacciones de proteínas».

El gen mutante del maíz aumenta el azúcar en semillas, hojas y puede conducir a mejorar la cosecha
Debamalya Chatterjee, estudiante de doctorado en agronomía de Penn State, quien encabezó la investigación, recolectando semillas en desarrollo de las mazorcas de maíz polinizadas en el invernadero del Departamento de Ciencias de las Plantas para su análisis. Crédito: Surinder Chopra / Penn State

Pero por ahora, este estudio reveló cómo la acumulación de azúcares en la semilla de maíz se modifica en presencia o ausencia del gen ufo1, según Debamalya Chatterjee, estudiante de doctorado en agronomía, quien encabezó la investigación.

«En el futuro, podríamos usar este conocimiento del gen ufo1 en la reproducción, para realizar mejores cruces que produzcan híbridos más resistentes y productivos, donde los azúcares y los almidones están en equilibrio», dijo.

Los investigadores dieron un paso en esa dirección hoy (3 de mayo) cuando publicaron sus hallazgos en Plant Physiology , informando que el gen mutante ufo1 del maíz afecta la diferenciación celular, influye en la acumulación de carbohidratos y hormonas en la planta y modula los patrones de expresión de genes esenciales involucrados. en el desarrollo de semillas de maíz .

Todos los materiales vegetales analizados en el estudio se cultivaron durante los veranos de 2016-2020 en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson, Rock Springs, y en las instalaciones de la cámara de crecimiento de plantas e invernaderos en el campus de Penn State’s University Park. Las poblaciones endogámicas y genéticas se obtuvieron del Centro de existencias de cooperación genética de maíz administrado por el Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los EE.



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