La apomixis es una forma de reproducción asexual que permite que el arroz híbrido se propague por semillas.
Por Chen Na, Academia China de Ciencias
Recientemente, un equipo de investigación colaborativo dirigido por el profesor Li Jiayang del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia China de Ciencias estableció un nuevo sistema de apomixis sintético utilizando el gen endógeno del arroz OsWUS, que permite tasas normales de formación de semillas.
Los resultados de este estudio se publican en Plant Communications .
El cultivo y el uso generalizado del arroz híbrido han desempeñado un papel crucial en la mejora de la producción de cereales y la garantía de la seguridad alimentaria en China. Sin embargo, debido a la recombinación genética y la segregación de características, el arroz híbrido no se puede utilizar para la conservación de semillas como el arroz convencional. Esto requiere esfuerzos de producción de semillas híbridas costosos y que requieren mucha mano de obra por parte de los criadores y las empresas de semillas todos los años, y los agricultores deben recomprar semillas nuevas todos los años.
En sistemas de apomixis sintética anteriores, los genes responsables de inducir la partenogénesis se descubrieron inicialmente en plantas capaces de realizar apomixis de forma natural. En este estudio, los investigadores descubrieron que el gen endógeno del arroz OsWUS podía regularse para inducir la apomixis y lograr la producción de semillas clonales sin afectar las tasas de formación de semillas.
OsWUS, también conocido como MOC3, desempeña un papel vital en la regulación de la formación y el desarrollo de las yemas de los brotes, como se demostró en estudios anteriores del equipo de Li. Las mutaciones en MOC3 dan lugar a una formación deficiente de las yemas de los brotes y a una reducción significativa de su número.
Además, la sobreexpresión de WUS puede promover la embriogénesis somática y la regeneración de brotes en plantas como Arabidopsis.
En colaboración con el Laboratorio Nacional de Yazhouwan y el Instituto Nacional de Investigación del Arroz de China, el equipo de Li construyó un vector de expresión ectópica para OsWUS, impulsado por el promotor específico de óvulos de Arabidopsis pAtDD45, y lo transformó en el arroz híbrido Chunyou 84 (CY84).
Durante la transformación de OsWUS solo, se observaron desafíos como dificultades en la regeneración de las plantas, enanismo y esterilidad. Sin embargo, al combinar la expresión ectópica de OsWUS con la estrategia MiMe (Mitosis en lugar de Meiosis), los investigadores obtuvieron líneas Fix3 (Fijación de híbridos 3) que mostraron un crecimiento y desarrollo normales.
La microscopía confocal reveló que aproximadamente el 20% de los óvulos Fix3 emasculados exhibieron un desarrollo embrionario independiente de la fertilización, lo que indica que la expresión específica de OsWUS en los óvulos podría reemplazar parcialmente el proceso de fertilización e inducir partenogénesis.
Además, las líneas Fix3 exhibieron características agronómicas similares a las del arroz híbrido de tipo silvestre, incluidas tasas de producción de semillas completamente normales y una alta eficiencia de semillas clonales, y algunas líneas alcanzaron una eficiencia de clonación de aproximadamente el 21,7%.
Análisis fenotípicos adicionales indicaron que la progenie de estas plantas clonales mostró características fenotípicas muy similares a las del arroz híbrido de tipo silvestre y mantuvo tasas normales de producción de semillas.
El sistema de apomixis Fix3 basado en OsWUS también demostró distintos niveles de eficiencia de la semilla clonal en diferentes líneas, superando significativamente al sistema Fix2 establecido utilizando OsBBM4. Esto indica un mayor potencial para la aplicación práctica.
Sin embargo, en comparación con los sistemas de apomixis basados en los genes OsBBM1 y PAR de diente de león, la eficiencia de clonación del sistema actual basado en OsWUS aún necesita mejorarse.
En el futuro, la extracción de promotores adicionales específicos de óvulos o la incorporación de más genes endógenos que no afecten las tasas de producción de semillas puede mejorar aún más la eficiencia de la clonación y, al mismo tiempo, mantener rendimientos normales de semillas .
Además, dado que existen homólogos de OsWUS en múltiples cultivos, este sistema podría potencialmente extenderse a otros cultivos híbridos, facilitando una utilización más amplia del vigor híbrido.
Más información: Yong Huang et al, Apomixis sintética impulsada por OsWUS en arroz híbrido, Plant Communications (2024). DOI: 10.1016/j.xplc.2024.101136
