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Gen desencadena esterilidad masculina en plantas de tomate


A pesar de su versatilidad culinaria, el humilde tomate no se caracteriza por ser misterioso. Pero aún queda mucho por aprender: investigadores de Japón han descubierto el gen subyacente a la esterilidad masculina en estas plantas.


por la Universidad de Tsukuba


En un estudio publicado en febrero de 2022 en Plant Physiology , investigadores de la Universidad de Tsukuba revelaron que el gen orf137 sustenta un tipo particular de esterilidad masculina en las plantas de tomate y demostraron el mecanismo detrás de esto.

La esterilidad masculina citoplasmática (CMS) es un rasgo en el que una planta no puede producir polen fértil. Este rasgo es el resultado de la incompatibilidad entre los genomas del núcleo celular y la mitocondria, la «central eléctrica» ​​de la célula de la que se deriva la energía celular. El CMS es importante para la agricultura, porque se utiliza para producir eficientemente semillas híbridas F1, la primera generación que resulta del cruzamiento de tipos parentales claramente diferentes. El mecanismo desencadenante de CMS se ha investigado en varios cultivos de cereales y se encontró que ocurre con genes asociados a CMS codificados por el genoma mitocondrial . Pero antes de este estudio, este mecanismo aún no se había determinado en los tomates.

«Se han encontrado genes asociados con CMS en varios cultivos como el maíz, el trigo y el arroz, pero hasta ahora no se ha identificado ninguno en los tomates», explica el autor principal del estudio, el profesor Tohru Ariizumi. «Nos propusimos buscar estos genes usando mitoTALENS».

Las MitoTALEN, nucleasas efectoras similares a activadores de la transcripción mitocondrial, han surgido recientemente como una herramienta innovadora para editar genomas, lo que permite la interrupción específica de genes en el genoma mitocondrial. Se han empleado MitoTALEN para interrumpir varios genes mitocondriales asociados con CMS en otros cultivos. Al comparar los marcos de lectura abiertos (ORF, por sus siglas en inglés), los tramos de la secuencia de ADN entre los codones de inicio y finalización, de CMS y cultivares de tomate fértiles, el equipo identificó un gen asociado con CMS, orf137, que estaba presente específicamente en el genoma mitocondrial del tomate CMS.

Los resultados mostraron que mitoTALEN desencadenó una mutagénesis dirigida (en la que la información genética de un organismo cambia a través de la producción de una mutación), provocando roturas de doble cadena (DSB) alrededor de orf137. También se demostró que el mecanismo de reparación que sigue a los DSB está mediado por la recombinación homóloga, la vía de reparación de DSB que mantiene la estabilidad del genoma .

«Identificamos orf137 mitocondrial como el gen asociado a CMS que respalda por completo el fenotipo de esterilidad masculina de las plantas de tomate CMS «, dice el profesor Ariizumi.

Los resultados de este estudio ofrecen una base para desarrollar un sistema de mejoramiento híbrido F1 eficiente que utiliza plantas de tomate CMS portadoras de orf137. En el futuro, las semillas híbridas F1 de tomate podrían producirse mediante el uso de polinizadores de insectos en lugar de los sistemas de polinización manual actualmente en uso, lo que reduciría los costos de producción de semillas F1.



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