Agricultura Botánica y Genética Cereales Estados Unidos

Gen de permanencia verde que aumenta el rendimiento identificado a partir de un experimento de 118 años en maíz


Un gen de maíz identificado a partir de un experimento de 118 años en la Universidad de Illinois podría aumentar los rendimientos de los híbridos de élite actuales sin aportes adicionales.


por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


El gen, identificado en un reciente estudio de Plant Biotechnology Journal , controla una pieza crítica de senescencia, o muerte estacional, en el maíz. Cuando el gen se apaga, los híbridos de élite cultivados en el campo produjeron 4.6 bushels más por acre en promedio que las plantas estándar.

El experimento de Illinois se remonta a 1896 y se diseñó para probar si la composición del grano de maíz podía cambiarse mediante la selección artificial , un concepto relativamente nuevo introducido por Charles Darwin apenas 37 años antes.

La selección repetida de líneas de maíz con alto y bajo contenido de proteína tuvo el efecto deseado en aproximadamente 10 generaciones. Sin embargo, a medida que continuaba la selección de los rasgos, se notaron cambios adicionales.

«Una de las cosas que se notaron en la década de 1930 fue que la línea baja en proteínas se mantiene más ecológica por más tiempo que la línea alta en proteínas.

Es realmente obvio», dice Stephen Moose, profesor del Departamento de Ciencias de la Cosecha en Illinois. -Autor del estudio.

Mantenerse verde por más tiempo en la temporada puede significar más rendimiento. La planta continúa la fotosíntesis y pone energía para desarrollar el grano. Pero, hasta ahora, nadie conocía el gen específico responsable del rasgo verde del maíz.

«El rasgo de mantenerse verde es como una ‘fuente de juventud’ para las plantas porque prolonga la fotosíntesis y mejora el rendimiento», dice Anne Sylvester, directora de programas de la National Science Foundation, que financió esta investigación. «Este es un gran descubrimiento básico con impacto práctico».

El descubrimiento del gen fue posible gracias a una asociación público-privada de una década entre Illinois y Corteva Agriscience.

Los colaboradores de Moose e Illinois inicialmente dieron a los científicos de Corteva acceso a una población derivada del experimento de proteína de maíz a largo plazo con diferencias en el rasgo de permanecer verde.

Los científicos de Corteva mapearon el rasgo de permanencia verde en un gen particular, NAC7, y desarrollaron plantas de maíz con baja expresión para el rasgo. Al igual que el progenitor bajo en proteínas, estas plantas permanecieron verdes por más tiempo.

Probaron estas plantas en invernaderos y campos en todo el país durante dos temporadas de campo.

No solo el maíz creció bien sin NAC7, el rendimiento aumentó en casi 5 bushels por acre en comparación con los híbridos convencionales.

En particular, los resultados de campo vinieron sin fertilizante de nitrógeno agregado más allá de lo que los agricultores usan típicamente.

«Colaborar con la Universidad de Illinois nos da la oportunidad de aplicar tecnología de vanguardia a uno de los estudios más antiguos sobre genética de plantas», dice Jun Zhang, científico investigador de Corteva Agriscience y coautor del estudio.

«Los conocimientos que derivamos de esta relación pueden dar como resultado más bushels sin un aumento en los costos de los insumos, lo que podría aumentar tanto la rentabilidad como la productividad para los agricultores».

El equipo de Moose luego secuenció el gen NAC7 en las líneas de maíz con alto y bajo contenido de proteínas y pudo descubrir cómo el gen facilita la senescencia y por qué dejó de funcionar en el maíz con bajo contenido de proteínas.

«Podríamos ver exactamente qué era la mutación. Parece que ocurrió en los últimos 100 años de este experimento, y afortunadamente se ha preservado para que podamos beneficiarnos de ello ahora», dice Moose.

No puede decir con seguridad cuándo ocurrió la mutación, porque en la facultad de ciencias de los cultivos de la década de 1920 arrojó la semilla original de 1896.

«Entonces no tenían forma de saber que algún día podríamos identificar los genes que controlan estos rasgos únicos. Pero hemos buscado en otro maíz y no encontramos esta mutación», dice Moose.

El potencial futuro de esta innovación podría incluir semillas comercializadas sin expresión o con una expresión reducida de NAC7, dando a los agricultores la opción de un mayor rendimiento sin insumos de fertilizantes adicionales.

Moose enfatiza que el avance no podría haber ocurrido sin que ambos socios hayan venido a la mesa.

«Hay valor para la industria de semillas y la sociedad al hacer estos experimentos a largo plazo. La gente me pregunta por qué los científicos universitarios se molestan en investigar el maíz cuando las empresas lo están haciendo», dice.

«Bueno, sí que lo son, y pueden hacer las cosas en una escala más grande y más rápida, pero a menudo no invierten en estudios donde los beneficios pueden tardar décadas».


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